マイクロ波処理装置
【課題】加熱室の底壁面に略対称に配置した給電部間の位相差制御によりマイクロ波分布を操作することで、様々な被加熱物を高効率に加熱する装置を提供する。
【解決手段】発振部１ａ、１ｃ、電力分配部２ａ、２ｃ、増幅部４ａ〜４ｄ、被加熱物９を収納する加熱室８、加熱室８の底壁面に配置されマイクロ波を放射する給電部５ａ〜５ｄ、マイクロ波伝播路に挿入した位相可変部３ａ〜３ｄを備え、給電部５ａ〜５ｄより放射されるマイクロ波の位相差および発振周波数を最適制御することにより、様々な被加熱物９に対して反射電力を最小に抑制し高効率な加熱を実現させることができる。
【解決手段】発振部１ａ、１ｃ、電力分配部２ａ、２ｃ、増幅部４ａ〜４ｄ、被加熱物９を収納する加熱室８、加熱室８の底壁面に配置されマイクロ波を放射する給電部５ａ〜５ｄ、マイクロ波伝播路に挿入した位相可変部３ａ〜３ｄを備え、給電部５ａ〜５ｄより放射されるマイクロ波の位相差および発振周波数を最適制御することにより、様々な被加熱物９に対して反射電力を最小に抑制し高効率な加熱を実現させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発生部を備えたマイクロ波処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種のマイクロ波処理装置は、一般には直方体形状の加熱室で構成され、一つあるいは複数の給電部を備えている。複数の給電部の構成としては、給電部を加熱室の上壁面と底壁面に設け、専用のマイクロ波発生部からそれぞれの給電部にマイクロ波を供給したものがある。
【０００３】
また、被加熱物の加熱の均一化を促進することを狙いとして、加熱室を６面以上の多面体に形成し、各壁面の一部あるいは全部の面から、給電部である放射アンテナを加熱室内に突出して配置したものがある（例えば、特許文献１参照）。そして、互いの放射アンテナを異なる面に配したことで、互いの干渉を防止できるとしている。さらには、放射アンテナが、それぞれ異なる方向を向いているので、放射された電波は加熱室内のあらゆる方向に伝播し、壁面にて反射して散乱するため、加熱室内で電波は均一に分布するとしている。
【０００４】
また、固体発振器が接続された各アンテナのうち少なくとも２個を加熱室の同一壁面に配置させるものがある（例えば、特許文献２参照）。そして、アンテナの設置数を増やすことにより加熱むらが少なくなり、均一加熱ができかつアンテナ相互の向き関係により反射波の影響をも無くすとしている。
【０００５】
また、位相器を備えたものとして、半導体発振部と、発振部の出力を複数に分割する分配部と、分配された出力をそれぞれ増幅する複数の増幅部と、増幅部の出力を合成する合成部とを有し、分配部と増幅部との間に位相器を設けたものがある（例えば、特許文献３参照）。そして、位相器はダイオードのオンオフ特性により、マイクロ波の通過線路長を切り替える構成としている。また、合成部は、９０度および１８０度ハイブリッドを用いることで、合成部の出力を２つにすることができ、位相器を制御することで２出力の電力比を変化させたり、２出力間の位相を同相あるいは逆相にしたりできるとしている。
【０００６】
また、この種のマイクロ波処理装置は、一般には電子レンジに代表されるようにマイクロ波発生部にマグネトロンと称される真空管を用いている。
【特許文献１】特開昭５２−１９３４２号公報
【特許文献２】実開昭５２−１６６５４号公報
【特許文献３】特開昭５６−１３２７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の複数給電部は、各給電部間の干渉を回避させるように配置させたものであり、それぞれの給電部から放射されたマイクロ波は、放射方向がそれぞれ異なっているが、加熱室壁面での反射に伴う散乱およびその散乱したマイクロ波が、壁面にぶつかってさらに散乱という繰返しにより広範囲の散乱になるので、他の放射アンテナから放射されたマイクロ波からの干渉を防止することは不可能である。
【０００８】
また、加熱室の同一壁面に複数のアンテナを配置させるものにあっては、単純にアンテナ数を複数設けたものとの差異が明確でなく、同一壁面に設けることの効果の内容開示が
なく、実現の可能性のみである。
【０００９】
さらに、位相器を備えたものにおいては、合成部の２つの出力から放射されるマイクロ波は、位相器によって位相を変化させることで２つの放射アンテナからの放射電力比や位相差を任意にかつ瞬時に変化させることは可能だけれども、その放射によってマイクロ波が供給される加熱室内に収納されたさまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に加熱することは難しいという課題を有していた。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、複数の給電部それぞれから放射されるマイクロ波を最適に相互干渉させることで、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に加熱するマイクロ波処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロ波処理装置は、偶数ヶ所でかつ４ヶ所以上を加熱室の底壁面に全て設け、給電部全てを２ヶ所毎に１つの軸上の点に対し略対称に加熱室の底壁面に配置し、それぞれから放射されるマイクロ波電力を略一致させる構成としたものであり、略対称に配置した複数の給電部から放射した小電力のマイクロ波が相互干渉して、指向性の強い大電力のマイクロ波分布を加熱室内に発生させ、加熱室内に収納する被加熱物を効率よく加熱する装置を提供できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のマイクロ波処理装置は、複数の給電部それぞれから略対称な放射特性でマイクロ波を加熱室内に放射して、最適に相互干渉させることで、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に加熱するマイクロ波処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
第１の発明は、被加熱物を収容する加熱室と、発振部と、発振部の出力を複数に分配して出力する電力分配部と、電力分配部の少なくともひとつの出力位相を可変する位相可変部と、電力分配部および／または位相可変部の出力をそれぞれ電力増幅する増幅部と、増幅部の出力を加熱室に供給する給電部と、それぞれの給電部から増幅部方向に反射するマイクロ波電力を検出する電力検出部と、発振部の発振周波数と位相可変部の位相量を制御する制御部とを備え、制御部は加熱室に収容された被加熱物を加熱処理する前段階で、給電部から増幅部方向に反射するマイクロ波電力が最小となる周波数を検出する予備検出動作を行う構成とし、給電部を前記加熱室の底壁面に全て設け、加熱室の被加熱物設置水平面の略中心を通る垂直軸上の点に対し、給電部を２ヶ所毎に略対称に配置し、略対称に配置した給電部組合せ毎に、供給するマイクロ波電界の励振方向を一致させた構成とし、制御部は、位相制御する給電部の組合せ間で、給電部それぞれから放射されるマイクロ波電力を略一致させる構成としたものであり、略対称に配置した複数の給電部から放射した等しい小電力で、略対称な放射特性のマイクロ波が対等な条件で相互干渉して、指向性の強い大電力のマイクロ波分布となり、加熱室に放射したマイクロ波を被加熱物に効率的に吸収させることができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を効率的に加熱することができる。
【００１４】
第２の発明は、特に、第１の発明の制御部が、予備検出動作の検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せ毎に、供給するマイクロ波の相対的位相を制御する構成としたものであり、被加熱物を含む加熱室内の特性に合わせて、略対称に配置した給電部から放射するマイクロ波間の相対的位相制御をして、強い指向性のマイクロ波電力の分布位置を操作し、加熱室に放射したマイクロ波を被加熱物に効率的に吸収させることができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を最適に加熱することができる。
【００１５】
第３の発明は、特に、第１の発明の制御部が、予備検出動作の検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せ毎に、供給するマイクロ波の出力を制御する構成としたものであり、略対称に配置した給電部から放射するマイクロ波間の相対的位相制御による、強い指向性のマイクロ波電力の分布位置操作による効果を維持しながら、被加熱物を含む加熱室内の特性に合わせて、必要な出力に設定でき、加熱室に放射したマイクロ波を被加熱物に効率的に吸収させることができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を最適に加熱することができる。
【００１６】
第４の発明は、特に、第１から３のいずれか１つの発明の制御部が、予備検出動作の検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せから、使用する組合せを選択し、マイクロ波の供給を制御する構成としたものであり、被加熱物を含む加熱室内の特性に合わせて、略対称に配置した給電部から放射するマイクロ波間の相対的位相制御による、強い指向性のマイクロ波電力の分布位置操作の組合せを選択して、加熱室に放射したマイクロ波を被加熱物に効率的に吸収させることができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を最適に加熱することができる。
【００１７】
第５の発明は、特に、第１から３のいずれか１つの発明の制御部が、予備検出動作の検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せ毎に、供給するマイクロ波の周波数を制御する構成としたものであり、略対称に配置した給電部組合せ単位で周波数制御を行うことで、略対称に配置した給電部から放射するマイクロ波間の相対的位相制御による、強い指向性のマイクロ波電力の分布位置操作による効果を維持しながら、動作周波数の違いにより生じる異なったマイクロ波電力の分布位置操作を組合せることができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を最適に加熱することができる。
【００１８】
第６の発明は、特に、第１または２の発明の制御部が、マイクロ波処理の経過時間や、被加熱物のマイクロ波処理進捗状態を検知する検知器の検知結果および予備検出動作を再度繰り返して得られた検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せ毎に制御しているマイクロ波の相対的位相値を変動する構成としたものであり、被加熱物を含む加熱室内の特性の変化に合わせて、略対称に配置した給電部から放射するマイクロ波間の相対的位相制御を変えて、強い指向性のマイクロ波電力の分布位置を操作し、加熱室に放射したマイクロ波を被加熱物に効率的に吸収させることができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を最適に加熱することができる。
【００１９】
第７の発明は、特に、第１または３の発明の制御部が、マイクロ波処理の経過時間や、被加熱物のマイクロ波処理進捗状態を検知する検知器の検知結果および予備検出動作を再度繰り返して得られた検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せ毎に制御しているマイクロ波出力値を変動する構成としたものであり、略対称に配置した給電部から放射するマイクロ波間の相対的位相制御による、強い指向性のマイクロ波電力の分布位置操作による効果を維持しながら、被加熱物を含む加熱室内の特性の変化に合わせて、必要な出力に調整でき、加熱室に放射したマイクロ波を被加熱物に効率的に吸収させることができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を最適に加熱することができる。
【００２０】
第８の発明は、特に、第１から４または６または７のいずれか１つの発明の制御部は、マイクロ波処理の経過時間や、被加熱物のマイクロ波処理進捗状態を検知する検知器の検知結果および予備検出動作を再度繰り返して得られた検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せから、使用する組合せを選択し直し、マイクロ波の供給を制御する構成としたものであり、被加熱物を含む加熱室内の特性の変化に合わせて、略対称に配置した給電部から放射するマイクロ波間の相対的位相制御による、強い指向性のマイクロ波電力の分布位置操作の組合せの選択を変え、加熱室に放射したマイクロ波を被加熱物に効率的に吸収させることができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を最適に加
熱することができる。
【００２１】
第９の発明は、特に、第１から３または５から７のいずれか１つの発明の制御部は、マイクロ波処理の経過時間や、被加熱物のマイクロ波処理進捗状態を検知する検知器の検知結果および予備検出動作を再度繰り返して得られた検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せ毎に制御しているマイクロ波の周波数値を変動する被加熱物を含む加熱室内の特性の変化に合わせて、略対称に配置した給電部組合せ単位での周波数制御を変動させることで、略対称に配置した給電部から放射するマイクロ波間の相対的位相制御による、強い指向性のマイクロ波電力の分布位置操作による効果を維持しながら、動作周波数の違いにより生じる異なったマイクロ波電力の分布位置操作の組合せを変えることができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を最適に加熱することができる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波処理装置の構成図である。
【００２４】
図１において、マイクロ波発生部は半導体素子を用いて構成した発振部１ａ、１ｃ、発振部１ａ、１ｃの出力を２分配する電力分配部２ａ、２ｃ、電力分配部２ａ、２ｃそれぞれの出力を増幅する半導体素子を用いて構成した増幅部４ａ〜４ｄ、増幅部４ａ〜４ｄによって増幅されたマイクロ波出力を加熱室８内に放射する給電部５ａ〜５ｄ、および電力分配部２ａ、２ｃと増幅部４ａ〜４ｄを接続するマイクロ波伝播路に挿入され入出力に任意の位相差を発生させる位相可変部３ａ〜３ｄ、増幅部４ａ〜４ｄと給電部５ａ〜５ｄを接続するマイクロ波伝播路に挿入され、給電部５ａ〜５ｄから増幅部４ａ〜４ｄ方向に反射するマイクロ波反射電力を検出する電力検出部６ａ〜６ｄ、電力検出部６ａ〜６ｄによって検出される反射電力に応じて発振部１ａ、１ｃの発振周波数と位相可変部３ａ〜３ｄの位相量を制御する制御部７とで構成している。
【００２５】
また、本発明のマイクロ波処理装置は、被加熱物９を収納する略直方体構造からなる加熱室８を有し、加熱室８は金属材料からなる壁面および被加熱物９を収納するために開閉する開閉扉（図示していない）と、被加熱物９を載置する載置台１２にて、供給されるマイクロ波を内部に閉じ込めるように構成している。そして、発振部１ａ、１ｃで発生したマイクロ波出力が伝播され、加熱室８内に放射供給する４ヶ所の給電部５ａ〜５ｄは全て加熱室８を構成する壁面の底壁面に配置されている。
【００２６】
増幅部４ａ〜４ｄは、低誘電損失材料から構成した誘電体基板の片面に形成した、導電体パターンにて回路を構成し、各増幅部４ａ〜４ｄの増幅素子である半導体素子を良好に動作させるべく、各半導体素子の入力側と出力側にそれぞれ整合回路を配している。電力分配部２ａ、２ｃは、例えばウィルキンソン型分配器のような出力間に位相差を生じない同相分配器であってもよいし、ブランチライン型やラットレース型のような出力間に位相差を生じる分配器であっても構わない。
【００２７】
この電力分配部２ａ、２ｃによって、各々の出力には発振部１ａ、１ｃから入力されたマイクロ波電力の略１／２の電力が伝播される。位相可変部３ａ〜３ｄは、印加電圧に応じて容量が変化する容量可変素子を用いて構成し、各々の位相可変範囲は、０度から略１８０度の範囲としている。これによって位相可変部３ａ〜３ｄより出力されるマイクロ波電力の位相差は０度から±１８０度の範囲を制御することができる。
【００２８】
電力検出部６ａ〜６ｄは、給電部５ａ〜５ｄから増幅部４ａ〜４ｄ方向に反射するマイ
クロ波、いわゆる反射波の電力を抽出するものであり、電力結合度を例えば約４０ｄＢとし、反射電力の約１／１００００の電力量を抽出する。この電力信号は、それぞれ検波ダイオード（図示していない）で整流化しコンデンサ（図示していない）で平滑処理して、その出力信号を制御部７に入力させている。
【００２９】
制御部７は、使用者が直接入力する被加熱物９の加熱条件、あるいは加熱中に被加熱物９の加熱状態を検知する検知器から得られる加熱情報と、電力検出部６ａ〜６ｄの検出情報とに基づいて、マイクロ波発生部の構成要素である発振部１ａ、１ｃと増幅部４ａ〜４ｄのそれぞれに供給する駆動電力の制御や位相可変部３ａ〜３ｄに供給する電圧を制御し、加熱室８内に収納された被加熱物９を最適に加熱する。
【００３０】
以上のように構成されたマイクロ波処理装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００３１】
まず、被加熱物９を加熱室８に収納し、その加熱条件を操作部（図示していない）から入力し、加熱開始キーを押す。加熱開始信号を受けた制御部７の制御出力信号により、マイクロ波発生部が動作を開始する。制御手段７は、駆動電源（図示していない）を動作させて発振部１ａ、１ｃに電力を供給する。この時、発振部１ａ、１ｃの初期の発振周波数は、例えば２４００ＭＨｚに設定する電圧信号を供給し、発振が開始する。発振部１ａ、１ｃを動作させると、その出力は電力分配部２ａ、２ｃにて各々略１／２分配され、４つのマイクロ波電力信号となる。以降、駆動電源を制御して増幅部４ａ〜４ｄを動作させる。そして、それぞれのマイクロ波電力信号は、並列動作する増幅部４ａ〜４ｄ、電力検出部６ａ〜６ｄを経て、給電部５ａ〜５ｄにそれぞれ出力され、加熱室８内に放射される。
【００３２】
加熱室８内に供給されるマイクロ波電力が被加熱物に１００％吸収されると、加熱室８からの反射電力は０Ｗになるが、被加熱物９の種類・形状・量により加熱室８のインピーダンスが変わり、マイクロ波電力供給側との整合ずれなどにより、給電部５ａ〜５ｄから増幅部４ａ〜４ｄ方向に伝播するマイクロ波反射電力が生じる。電力検出器６ａ〜６ｄは、このマイクロ波反射電力を検出し、その反射電力量に比例した検出信号を制御部７に送る。
【００３３】
制御部７は、加熱室８に収容された被加熱物９を加熱処理する前段階で、発振部１ａ、１ｃと位相可変部３ａ〜３ｄとを制御して、電力検出器６ａ〜６ｄで検出する反射電力を極小化する発振周波数を見極め、加熱処理条件を確定する予備検出動作を行う。予備検出動作で制御部７は、発振部１ａ、１ｃの発振周波数を例えば２４００ＭＨｚから１ＭＨｚピッチで、周波数可変範囲の上限である２５００ＭＨｚに到達するまで動作させ、同時に、給電部５ａ〜５ｄから増幅部４ａ〜４ｄ方向に反射するマイクロ波電力を電力検出器６ａ〜６ｄにて検出することで、反射電力を最小とする発振周波数情報を得ることができる。
【００３４】
同様に、略対称に配置した給電部組合せ間の相対的位相差を位相可変部３ａ〜３ｄの制御により調整し、電力検出器６ａ〜６ｄで検出する反射電力を極小化する位相制御条件を見極めることができる。制御部７は、反射電力が最も小さくなる発振周波数と位相差の条件で、発振部１ａ、１ｃおよび位相可変部３ａ〜３ｄを制御するとともに、入力された加熱条件に対応した出力が得られるように発振出力を制御する。制御部７の制御に応じた発振周波数のマイクロ波は、増幅部４ａ〜４ｄで、制御に応じた電力となり、それぞれの給電部５ａ〜５ｄ入力部に制御に応じた位相差で供給され、さらに加熱室８内に放射される。
【００３５】
このように、予備検出動作で得た反射電力を最小とする発振周波数情報および位相制御
条件に基づいて、被加熱物９を含む加熱室８内の特性に合わせて、動作を開始することで加熱室８に放射したマイクロ波を効率的に被加熱物９に吸収させることができ、さらに、加熱処理中もマイクロ波処理の経過時間や、赤外線センサーなど別途設けた検知器の検知結果および予備検出動作を再度繰り返して得られた検出結果に基づき、被加熱物９を含む加熱室８内の特性の変化に合わせた動作条件の修正を行うことで、様々な形状・種類・量の異なる被加熱物９に対しても、反射電力が最も小さくなる思惑通りの設定条件で、高効率な加熱を開始することができ、増幅部４ａ〜４ｄに備えられた半導体素子が、反射電力によって過剰に発熱することも防止でき、熱的な破壊を回避することができる。
【００３６】
次に、給電部５ａ〜５ｄの配置とマイクロ波電力の分布との関係について説明する。
【００３７】
図２は、本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波処理装置の斜視図である。
【００３８】
図２において、加熱室８の載置台１２下側の底壁面に、４ヶ所の給電部５ａ〜５ｄが、給電部５ａ、５ｂおよび給電部５ｃ、５ｄの組合せで、加熱室中心軸１３上の中心点１０に対して、略対称な位置に設置されている。更に、給電部５ａ、５ｂの放射マイクロ波電界の励振方向１１ａが同じ向きとなるよう設置され、給電部５ａ、５ｂからのマイクロ波は、加熱室中心軸１３に対して、略対称な放射特性となる。給電部５ａ、５ｂそれぞれから放射された略対称な放射特性で、ほぼ同等な小電力のマイクロ波が、対等に相互干渉して合成し、大電力で指向性の強いマイクロ波分布を加熱室内に発生させる。
【００３９】
給電部５ａ、５ｂ間の相対的位相をずらすと、給電部５ａ、５ｂそれぞれから放射されたマイクロ波の相互干渉位置が給電部５ａ、５ｂを結ぶ線方向に変動し、強いマイクロ波分布の位置を操作することができる。給電部５ｃ、５ｄも同様にマイクロ波放射方向が略対称で、励振方向１１ｃが同じ向きとなるよう設置され、略対称な放射特性となり、相互干渉により発生するマイクロ波分布の位置を相対的位相制御で操作することができる。
【００４０】
４ヶ所の給電部５ａ〜５ｄ全てを合成したマイクロ波分布は、励振方向１１ａ、１１ｃの向きにより特性が決まる。励振方向１１ａ、１１ｃが直交している場合、給電部５ａ、５ｂの相互干渉で発生したマイクロ波分布と、給電部５ｃ、５ｄの相互干渉で発生したマイクロ波分布とは、相互の干渉がほとんど無く、給電部５ａ、５ｂおよび給電部５ｃ、５ｄそれぞれのマイクロ波分布を単純に重ね合わせた加熱が行なわれる。励振方向１１ａ、１１ｃが直交しない場合は、その角度の直角からのずれに見合った相互干渉が起こり、給電部５ａ、５ｂおよび給電部５ｃ、５ｄそれぞれのマイクロ波分布が合成され、より指向性の強いマイクロ波分布を加熱室８内に発生させる。
【００４１】
以上説明のように、給電部５ａ、５ｂおよび給電部５ｃ、５ｄのそれぞれの組合せ内では、被加熱物９設置水平面の略中心に略対称な位置に設置し、周波数および出力値をほぼ一致させ、略対称な放射特性にしているので、給電部５ａ、５ｂおよび給電部５ｃ、５ｄのそれぞれの組合せ内での相対的位相制御により、マイクロ波分布の位置を操作でき、両者のマイクロ波分布を重ね合わせまたは合成して強いマイクロ波分布の位置を２次元方向へ操作することができる。例えば、略対称な放射特性の給電部５ａ、５ｂそれぞれから放射されたマイクロ波が、対等に相互干渉して合成した大電力で、指向性の強いマイクロ波分布の位置を相対的位相制御で、被加熱物９設置水平面の略中心へ操作し、同時に給電部５ｃ、５ｄ組合せに対しても同様の制御を行うと、マイクロ波分布を強く中央に集中させることができる。
【００４２】
また、給電部５ａ、５ｂおよび給電部５ｃ、５ｄのそれぞれの組合せ内で周波数および出力値をほぼ一致させて、略対称な放射特性にして、相対的位相制御によるマイクロ波分布の位置操作をし、両者組合せ間では、周波数や出力値を違えて、両者のマイクロ波分布
を重ね合わせまたは合成した強いマイクロ波分布の位置を制御することもできる。
【００４３】
このように動作することで強いマイクロ波分布の操作ができ、加熱室８に放射したマイクロ波を効率的に被加熱物９に吸収させることができ、様々な形状・種類・量の異なる被加熱物を高効率で最適に加熱することができる。
【００４４】
本実施の形態では４ヶ所給電の構成を示しているが、本実施の形態に拘束されるものではなく、給電部を増やしたりした場合も同様にそれぞれの励振方向角度に見合った相互干渉が起こり、マイクロ波分布を合成または重ね合わせたマイクロ波分布を加熱室８内に発生させることができ、同様に相対的位相制御をすることで、発生するマイクロ波分布の位置を操作することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明にかかるマイクロ波処理装置は、偶数で４ヶ所以上の給電部全てを加熱室の底壁面に略対称に配置し、略対称配置給電部間の位相差制御によりマイクロ波分布を操作できるので、電子レンジで代表されるような誘電加熱を利用した処理装置や生ゴミ処理機、あるいは半導体製造装置であるプラズマ電源のマイクロ波電源などの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波処理装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波処理装置の斜視図
【符号の説明】
【００４７】
１ａ、１ｃ 発振部
２ａ、２ｃ 電力分配部
３ａ〜３ｄ 位相可変部
４ａ〜４ｄ 増幅部
５ａ〜５ｄ 給電部
６ａ〜６ｄ 電力検出部
７ 制御部
８ 加熱室
９ 被加熱物
１０ 中心点
１１ａ、１１ｃ 励振方向
１２ 載置台
１３ 加熱室中心軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発生部を備えたマイクロ波処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種のマイクロ波処理装置は、一般には直方体形状の加熱室で構成され、一つあるいは複数の給電部を備えている。複数の給電部の構成としては、給電部を加熱室の上壁面と底壁面に設け、専用のマイクロ波発生部からそれぞれの給電部にマイクロ波を供給したものがある。
【０００３】
また、被加熱物の加熱の均一化を促進することを狙いとして、加熱室を６面以上の多面体に形成し、各壁面の一部あるいは全部の面から、給電部である放射アンテナを加熱室内に突出して配置したものがある（例えば、特許文献１参照）。そして、互いの放射アンテナを異なる面に配したことで、互いの干渉を防止できるとしている。さらには、放射アンテナが、それぞれ異なる方向を向いているので、放射された電波は加熱室内のあらゆる方向に伝播し、壁面にて反射して散乱するため、加熱室内で電波は均一に分布するとしている。
【０００４】
また、固体発振器が接続された各アンテナのうち少なくとも２個を加熱室の同一壁面に配置させるものがある（例えば、特許文献２参照）。そして、アンテナの設置数を増やすことにより加熱むらが少なくなり、均一加熱ができかつアンテナ相互の向き関係により反射波の影響をも無くすとしている。
【０００５】
また、位相器を備えたものとして、半導体発振部と、発振部の出力を複数に分割する分配部と、分配された出力をそれぞれ増幅する複数の増幅部と、増幅部の出力を合成する合成部とを有し、分配部と増幅部との間に位相器を設けたものがある（例えば、特許文献３参照）。そして、位相器はダイオードのオンオフ特性により、マイクロ波の通過線路長を切り替える構成としている。また、合成部は、９０度および１８０度ハイブリッドを用いることで、合成部の出力を２つにすることができ、位相器を制御することで２出力の電力比を変化させたり、２出力間の位相を同相あるいは逆相にしたりできるとしている。
【０００６】
また、この種のマイクロ波処理装置は、一般には電子レンジに代表されるようにマイクロ波発生部にマグネトロンと称される真空管を用いている。
【特許文献１】特開昭５２−１９３４２号公報
【特許文献２】実開昭５２−１６６５４号公報
【特許文献３】特開昭５６−１３２７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の複数給電部は、各給電部間の干渉を回避させるように配置させたものであり、それぞれの給電部から放射されたマイクロ波は、放射方向がそれぞれ異なっているが、加熱室壁面での反射に伴う散乱およびその散乱したマイクロ波が、壁面にぶつかってさらに散乱という繰返しにより広範囲の散乱になるので、他の放射アンテナから放射されたマイクロ波からの干渉を防止することは不可能である。
【０００８】
また、加熱室の同一壁面に複数のアンテナを配置させるものにあっては、単純にアンテナ数を複数設けたものとの差異が明確でなく、同一壁面に設けることの効果の内容開示が
なく、実現の可能性のみである。
【０００９】
さらに、位相器を備えたものにおいては、合成部の２つの出力から放射されるマイクロ波は、位相器によって位相を変化させることで２つの放射アンテナからの放射電力比や位相差を任意にかつ瞬時に変化させることは可能だけれども、その放射によってマイクロ波が供給される加熱室内に収納されたさまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に加熱することは難しいという課題を有していた。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、複数の給電部それぞれから放射されるマイクロ波を最適に相互干渉させることで、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に加熱するマイクロ波処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロ波処理装置は、偶数ヶ所でかつ４ヶ所以上を加熱室の底壁面に全て設け、給電部全てを２ヶ所毎に１つの軸上の点に対し略対称に加熱室の底壁面に配置し、それぞれから放射されるマイクロ波電力を略一致させる構成としたものであり、略対称に配置した複数の給電部から放射した小電力のマイクロ波が相互干渉して、指向性の強い大電力のマイクロ波分布を加熱室内に発生させ、加熱室内に収納する被加熱物を効率よく加熱する装置を提供できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のマイクロ波処理装置は、複数の給電部それぞれから略対称な放射特性でマイクロ波を加熱室内に放射して、最適に相互干渉させることで、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に加熱するマイクロ波処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
第１の発明は、被加熱物を収容する加熱室と、発振部と、発振部の出力を複数に分配して出力する電力分配部と、電力分配部の少なくともひとつの出力位相を可変する位相可変部と、電力分配部および／または位相可変部の出力をそれぞれ電力増幅する増幅部と、増幅部の出力を加熱室に供給する給電部と、それぞれの給電部から増幅部方向に反射するマイクロ波電力を検出する電力検出部と、発振部の発振周波数と位相可変部の位相量を制御する制御部とを備え、制御部は加熱室に収容された被加熱物を加熱処理する前段階で、給電部から増幅部方向に反射するマイクロ波電力が最小となる周波数を検出する予備検出動作を行う構成とし、給電部を前記加熱室の底壁面に全て設け、加熱室の被加熱物設置水平面の略中心を通る垂直軸上の点に対し、給電部を２ヶ所毎に略対称に配置し、略対称に配置した給電部組合せ毎に、供給するマイクロ波電界の励振方向を一致させた構成とし、制御部は、位相制御する給電部の組合せ間で、給電部それぞれから放射されるマイクロ波電力を略一致させる構成としたものであり、略対称に配置した複数の給電部から放射した等しい小電力で、略対称な放射特性のマイクロ波が対等な条件で相互干渉して、指向性の強い大電力のマイクロ波分布となり、加熱室に放射したマイクロ波を被加熱物に効率的に吸収させることができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を効率的に加熱することができる。
【００１４】
第２の発明は、特に、第１の発明の制御部が、予備検出動作の検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せ毎に、供給するマイクロ波の相対的位相を制御する構成としたものであり、被加熱物を含む加熱室内の特性に合わせて、略対称に配置した給電部から放射するマイクロ波間の相対的位相制御をして、強い指向性のマイクロ波電力の分布位置を操作し、加熱室に放射したマイクロ波を被加熱物に効率的に吸収させることができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を最適に加熱することができる。
【００１５】
第３の発明は、特に、第１の発明の制御部が、予備検出動作の検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せ毎に、供給するマイクロ波の出力を制御する構成としたものであり、略対称に配置した給電部から放射するマイクロ波間の相対的位相制御による、強い指向性のマイクロ波電力の分布位置操作による効果を維持しながら、被加熱物を含む加熱室内の特性に合わせて、必要な出力に設定でき、加熱室に放射したマイクロ波を被加熱物に効率的に吸収させることができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を最適に加熱することができる。
【００１６】
第４の発明は、特に、第１から３のいずれか１つの発明の制御部が、予備検出動作の検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せから、使用する組合せを選択し、マイクロ波の供給を制御する構成としたものであり、被加熱物を含む加熱室内の特性に合わせて、略対称に配置した給電部から放射するマイクロ波間の相対的位相制御による、強い指向性のマイクロ波電力の分布位置操作の組合せを選択して、加熱室に放射したマイクロ波を被加熱物に効率的に吸収させることができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を最適に加熱することができる。
【００１７】
第５の発明は、特に、第１から３のいずれか１つの発明の制御部が、予備検出動作の検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せ毎に、供給するマイクロ波の周波数を制御する構成としたものであり、略対称に配置した給電部組合せ単位で周波数制御を行うことで、略対称に配置した給電部から放射するマイクロ波間の相対的位相制御による、強い指向性のマイクロ波電力の分布位置操作による効果を維持しながら、動作周波数の違いにより生じる異なったマイクロ波電力の分布位置操作を組合せることができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を最適に加熱することができる。
【００１８】
第６の発明は、特に、第１または２の発明の制御部が、マイクロ波処理の経過時間や、被加熱物のマイクロ波処理進捗状態を検知する検知器の検知結果および予備検出動作を再度繰り返して得られた検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せ毎に制御しているマイクロ波の相対的位相値を変動する構成としたものであり、被加熱物を含む加熱室内の特性の変化に合わせて、略対称に配置した給電部から放射するマイクロ波間の相対的位相制御を変えて、強い指向性のマイクロ波電力の分布位置を操作し、加熱室に放射したマイクロ波を被加熱物に効率的に吸収させることができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を最適に加熱することができる。
【００１９】
第７の発明は、特に、第１または３の発明の制御部が、マイクロ波処理の経過時間や、被加熱物のマイクロ波処理進捗状態を検知する検知器の検知結果および予備検出動作を再度繰り返して得られた検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せ毎に制御しているマイクロ波出力値を変動する構成としたものであり、略対称に配置した給電部から放射するマイクロ波間の相対的位相制御による、強い指向性のマイクロ波電力の分布位置操作による効果を維持しながら、被加熱物を含む加熱室内の特性の変化に合わせて、必要な出力に調整でき、加熱室に放射したマイクロ波を被加熱物に効率的に吸収させることができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を最適に加熱することができる。
【００２０】
第８の発明は、特に、第１から４または６または７のいずれか１つの発明の制御部は、マイクロ波処理の経過時間や、被加熱物のマイクロ波処理進捗状態を検知する検知器の検知結果および予備検出動作を再度繰り返して得られた検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せから、使用する組合せを選択し直し、マイクロ波の供給を制御する構成としたものであり、被加熱物を含む加熱室内の特性の変化に合わせて、略対称に配置した給電部から放射するマイクロ波間の相対的位相制御による、強い指向性のマイクロ波電力の分布位置操作の組合せの選択を変え、加熱室に放射したマイクロ波を被加熱物に効率的に吸収させることができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を最適に加
熱することができる。
【００２１】
第９の発明は、特に、第１から３または５から７のいずれか１つの発明の制御部は、マイクロ波処理の経過時間や、被加熱物のマイクロ波処理進捗状態を検知する検知器の検知結果および予備検出動作を再度繰り返して得られた検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せ毎に制御しているマイクロ波の周波数値を変動する被加熱物を含む加熱室内の特性の変化に合わせて、略対称に配置した給電部組合せ単位での周波数制御を変動させることで、略対称に配置した給電部から放射するマイクロ波間の相対的位相制御による、強い指向性のマイクロ波電力の分布位置操作による効果を維持しながら、動作周波数の違いにより生じる異なったマイクロ波電力の分布位置操作の組合せを変えることができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を最適に加熱することができる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波処理装置の構成図である。
【００２４】
図１において、マイクロ波発生部は半導体素子を用いて構成した発振部１ａ、１ｃ、発振部１ａ、１ｃの出力を２分配する電力分配部２ａ、２ｃ、電力分配部２ａ、２ｃそれぞれの出力を増幅する半導体素子を用いて構成した増幅部４ａ〜４ｄ、増幅部４ａ〜４ｄによって増幅されたマイクロ波出力を加熱室８内に放射する給電部５ａ〜５ｄ、および電力分配部２ａ、２ｃと増幅部４ａ〜４ｄを接続するマイクロ波伝播路に挿入され入出力に任意の位相差を発生させる位相可変部３ａ〜３ｄ、増幅部４ａ〜４ｄと給電部５ａ〜５ｄを接続するマイクロ波伝播路に挿入され、給電部５ａ〜５ｄから増幅部４ａ〜４ｄ方向に反射するマイクロ波反射電力を検出する電力検出部６ａ〜６ｄ、電力検出部６ａ〜６ｄによって検出される反射電力に応じて発振部１ａ、１ｃの発振周波数と位相可変部３ａ〜３ｄの位相量を制御する制御部７とで構成している。
【００２５】
また、本発明のマイクロ波処理装置は、被加熱物９を収納する略直方体構造からなる加熱室８を有し、加熱室８は金属材料からなる壁面および被加熱物９を収納するために開閉する開閉扉（図示していない）と、被加熱物９を載置する載置台１２にて、供給されるマイクロ波を内部に閉じ込めるように構成している。そして、発振部１ａ、１ｃで発生したマイクロ波出力が伝播され、加熱室８内に放射供給する４ヶ所の給電部５ａ〜５ｄは全て加熱室８を構成する壁面の底壁面に配置されている。
【００２６】
増幅部４ａ〜４ｄは、低誘電損失材料から構成した誘電体基板の片面に形成した、導電体パターンにて回路を構成し、各増幅部４ａ〜４ｄの増幅素子である半導体素子を良好に動作させるべく、各半導体素子の入力側と出力側にそれぞれ整合回路を配している。電力分配部２ａ、２ｃは、例えばウィルキンソン型分配器のような出力間に位相差を生じない同相分配器であってもよいし、ブランチライン型やラットレース型のような出力間に位相差を生じる分配器であっても構わない。
【００２７】
この電力分配部２ａ、２ｃによって、各々の出力には発振部１ａ、１ｃから入力されたマイクロ波電力の略１／２の電力が伝播される。位相可変部３ａ〜３ｄは、印加電圧に応じて容量が変化する容量可変素子を用いて構成し、各々の位相可変範囲は、０度から略１８０度の範囲としている。これによって位相可変部３ａ〜３ｄより出力されるマイクロ波電力の位相差は０度から±１８０度の範囲を制御することができる。
【００２８】
電力検出部６ａ〜６ｄは、給電部５ａ〜５ｄから増幅部４ａ〜４ｄ方向に反射するマイ
クロ波、いわゆる反射波の電力を抽出するものであり、電力結合度を例えば約４０ｄＢとし、反射電力の約１／１００００の電力量を抽出する。この電力信号は、それぞれ検波ダイオード（図示していない）で整流化しコンデンサ（図示していない）で平滑処理して、その出力信号を制御部７に入力させている。
【００２９】
制御部７は、使用者が直接入力する被加熱物９の加熱条件、あるいは加熱中に被加熱物９の加熱状態を検知する検知器から得られる加熱情報と、電力検出部６ａ〜６ｄの検出情報とに基づいて、マイクロ波発生部の構成要素である発振部１ａ、１ｃと増幅部４ａ〜４ｄのそれぞれに供給する駆動電力の制御や位相可変部３ａ〜３ｄに供給する電圧を制御し、加熱室８内に収納された被加熱物９を最適に加熱する。
【００３０】
以上のように構成されたマイクロ波処理装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００３１】
まず、被加熱物９を加熱室８に収納し、その加熱条件を操作部（図示していない）から入力し、加熱開始キーを押す。加熱開始信号を受けた制御部７の制御出力信号により、マイクロ波発生部が動作を開始する。制御手段７は、駆動電源（図示していない）を動作させて発振部１ａ、１ｃに電力を供給する。この時、発振部１ａ、１ｃの初期の発振周波数は、例えば２４００ＭＨｚに設定する電圧信号を供給し、発振が開始する。発振部１ａ、１ｃを動作させると、その出力は電力分配部２ａ、２ｃにて各々略１／２分配され、４つのマイクロ波電力信号となる。以降、駆動電源を制御して増幅部４ａ〜４ｄを動作させる。そして、それぞれのマイクロ波電力信号は、並列動作する増幅部４ａ〜４ｄ、電力検出部６ａ〜６ｄを経て、給電部５ａ〜５ｄにそれぞれ出力され、加熱室８内に放射される。
【００３２】
加熱室８内に供給されるマイクロ波電力が被加熱物に１００％吸収されると、加熱室８からの反射電力は０Ｗになるが、被加熱物９の種類・形状・量により加熱室８のインピーダンスが変わり、マイクロ波電力供給側との整合ずれなどにより、給電部５ａ〜５ｄから増幅部４ａ〜４ｄ方向に伝播するマイクロ波反射電力が生じる。電力検出器６ａ〜６ｄは、このマイクロ波反射電力を検出し、その反射電力量に比例した検出信号を制御部７に送る。
【００３３】
制御部７は、加熱室８に収容された被加熱物９を加熱処理する前段階で、発振部１ａ、１ｃと位相可変部３ａ〜３ｄとを制御して、電力検出器６ａ〜６ｄで検出する反射電力を極小化する発振周波数を見極め、加熱処理条件を確定する予備検出動作を行う。予備検出動作で制御部７は、発振部１ａ、１ｃの発振周波数を例えば２４００ＭＨｚから１ＭＨｚピッチで、周波数可変範囲の上限である２５００ＭＨｚに到達するまで動作させ、同時に、給電部５ａ〜５ｄから増幅部４ａ〜４ｄ方向に反射するマイクロ波電力を電力検出器６ａ〜６ｄにて検出することで、反射電力を最小とする発振周波数情報を得ることができる。
【００３４】
同様に、略対称に配置した給電部組合せ間の相対的位相差を位相可変部３ａ〜３ｄの制御により調整し、電力検出器６ａ〜６ｄで検出する反射電力を極小化する位相制御条件を見極めることができる。制御部７は、反射電力が最も小さくなる発振周波数と位相差の条件で、発振部１ａ、１ｃおよび位相可変部３ａ〜３ｄを制御するとともに、入力された加熱条件に対応した出力が得られるように発振出力を制御する。制御部７の制御に応じた発振周波数のマイクロ波は、増幅部４ａ〜４ｄで、制御に応じた電力となり、それぞれの給電部５ａ〜５ｄ入力部に制御に応じた位相差で供給され、さらに加熱室８内に放射される。
【００３５】
このように、予備検出動作で得た反射電力を最小とする発振周波数情報および位相制御
条件に基づいて、被加熱物９を含む加熱室８内の特性に合わせて、動作を開始することで加熱室８に放射したマイクロ波を効率的に被加熱物９に吸収させることができ、さらに、加熱処理中もマイクロ波処理の経過時間や、赤外線センサーなど別途設けた検知器の検知結果および予備検出動作を再度繰り返して得られた検出結果に基づき、被加熱物９を含む加熱室８内の特性の変化に合わせた動作条件の修正を行うことで、様々な形状・種類・量の異なる被加熱物９に対しても、反射電力が最も小さくなる思惑通りの設定条件で、高効率な加熱を開始することができ、増幅部４ａ〜４ｄに備えられた半導体素子が、反射電力によって過剰に発熱することも防止でき、熱的な破壊を回避することができる。
【００３６】
次に、給電部５ａ〜５ｄの配置とマイクロ波電力の分布との関係について説明する。
【００３７】
図２は、本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波処理装置の斜視図である。
【００３８】
図２において、加熱室８の載置台１２下側の底壁面に、４ヶ所の給電部５ａ〜５ｄが、給電部５ａ、５ｂおよび給電部５ｃ、５ｄの組合せで、加熱室中心軸１３上の中心点１０に対して、略対称な位置に設置されている。更に、給電部５ａ、５ｂの放射マイクロ波電界の励振方向１１ａが同じ向きとなるよう設置され、給電部５ａ、５ｂからのマイクロ波は、加熱室中心軸１３に対して、略対称な放射特性となる。給電部５ａ、５ｂそれぞれから放射された略対称な放射特性で、ほぼ同等な小電力のマイクロ波が、対等に相互干渉して合成し、大電力で指向性の強いマイクロ波分布を加熱室内に発生させる。
【００３９】
給電部５ａ、５ｂ間の相対的位相をずらすと、給電部５ａ、５ｂそれぞれから放射されたマイクロ波の相互干渉位置が給電部５ａ、５ｂを結ぶ線方向に変動し、強いマイクロ波分布の位置を操作することができる。給電部５ｃ、５ｄも同様にマイクロ波放射方向が略対称で、励振方向１１ｃが同じ向きとなるよう設置され、略対称な放射特性となり、相互干渉により発生するマイクロ波分布の位置を相対的位相制御で操作することができる。
【００４０】
４ヶ所の給電部５ａ〜５ｄ全てを合成したマイクロ波分布は、励振方向１１ａ、１１ｃの向きにより特性が決まる。励振方向１１ａ、１１ｃが直交している場合、給電部５ａ、５ｂの相互干渉で発生したマイクロ波分布と、給電部５ｃ、５ｄの相互干渉で発生したマイクロ波分布とは、相互の干渉がほとんど無く、給電部５ａ、５ｂおよび給電部５ｃ、５ｄそれぞれのマイクロ波分布を単純に重ね合わせた加熱が行なわれる。励振方向１１ａ、１１ｃが直交しない場合は、その角度の直角からのずれに見合った相互干渉が起こり、給電部５ａ、５ｂおよび給電部５ｃ、５ｄそれぞれのマイクロ波分布が合成され、より指向性の強いマイクロ波分布を加熱室８内に発生させる。
【００４１】
以上説明のように、給電部５ａ、５ｂおよび給電部５ｃ、５ｄのそれぞれの組合せ内では、被加熱物９設置水平面の略中心に略対称な位置に設置し、周波数および出力値をほぼ一致させ、略対称な放射特性にしているので、給電部５ａ、５ｂおよび給電部５ｃ、５ｄのそれぞれの組合せ内での相対的位相制御により、マイクロ波分布の位置を操作でき、両者のマイクロ波分布を重ね合わせまたは合成して強いマイクロ波分布の位置を２次元方向へ操作することができる。例えば、略対称な放射特性の給電部５ａ、５ｂそれぞれから放射されたマイクロ波が、対等に相互干渉して合成した大電力で、指向性の強いマイクロ波分布の位置を相対的位相制御で、被加熱物９設置水平面の略中心へ操作し、同時に給電部５ｃ、５ｄ組合せに対しても同様の制御を行うと、マイクロ波分布を強く中央に集中させることができる。
【００４２】
また、給電部５ａ、５ｂおよび給電部５ｃ、５ｄのそれぞれの組合せ内で周波数および出力値をほぼ一致させて、略対称な放射特性にして、相対的位相制御によるマイクロ波分布の位置操作をし、両者組合せ間では、周波数や出力値を違えて、両者のマイクロ波分布
を重ね合わせまたは合成した強いマイクロ波分布の位置を制御することもできる。
【００４３】
このように動作することで強いマイクロ波分布の操作ができ、加熱室８に放射したマイクロ波を効率的に被加熱物９に吸収させることができ、様々な形状・種類・量の異なる被加熱物を高効率で最適に加熱することができる。
【００４４】
本実施の形態では４ヶ所給電の構成を示しているが、本実施の形態に拘束されるものではなく、給電部を増やしたりした場合も同様にそれぞれの励振方向角度に見合った相互干渉が起こり、マイクロ波分布を合成または重ね合わせたマイクロ波分布を加熱室８内に発生させることができ、同様に相対的位相制御をすることで、発生するマイクロ波分布の位置を操作することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明にかかるマイクロ波処理装置は、偶数で４ヶ所以上の給電部全てを加熱室の底壁面に略対称に配置し、略対称配置給電部間の位相差制御によりマイクロ波分布を操作できるので、電子レンジで代表されるような誘電加熱を利用した処理装置や生ゴミ処理機、あるいは半導体製造装置であるプラズマ電源のマイクロ波電源などの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波処理装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波処理装置の斜視図
【符号の説明】
【００４７】
１ａ、１ｃ 発振部
２ａ、２ｃ 電力分配部
３ａ〜３ｄ 位相可変部
４ａ〜４ｄ 増幅部
５ａ〜５ｄ 給電部
６ａ〜６ｄ 電力検出部
７ 制御部
８ 加熱室
９ 被加熱物
１０ 中心点
１１ａ、１１ｃ 励振方向
１２ 載置台
１３ 加熱室中心軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を収容する加熱室と、発振部と、前記発振部の出力を複数に分配して出力する電力分配部と、前記電力分配部の少なくともひとつの出力位相を可変する位相可変部と、前記電力分配部および／または前記位相可変部の出力をそれぞれ電力増幅する増幅部と、前記増幅部の出力を前記加熱室に供給する給電部と、それぞれの前記給電部から前記増幅部方向に反射するマイクロ波電力を検出する電力検出部と、前記発振部の発振周波数と前記位相可変部の位相量を制御する制御部とを備え、前記制御部は前記加熱室に収容された前記被加熱物を加熱処理する前段階で、前記給電部から前記増幅部方向に反射するマイクロ波電力が最小となる周波数を検出する予備検出動作を行う構成とし、前記給電部は、偶数ヶ所でかつ４ヶ所以上を前記加熱室の底壁面に全て設け、前記加熱室の被加熱物設置水平面の略中心を通る垂直軸上の点に対し、前記給電部を２ヶ所毎に略対称に配置し、略対称に配置した前記給電部組合せ毎に、供給するマイクロ波電界の励振方向を一致させた構成とし、前記制御部は、位相制御する前記給電部の組合せ間で、前記給電部それぞれから放射されるマイクロ波電力を略一致させる構成としたマイクロ波処理装置。
【請求項２】
制御部は、予備検出動作の検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せ毎に、供給するマイクロ波の相対的位相を制御する構成とした請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項３】
制御部は、予備検出動作の検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せ毎に、供給するマイクロ波の出力を制御する構成とした請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項４】
制御部は、予備検出動作の検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せから、使用する組合せを選択し、マイクロ波の供給を制御する構成とした請求項１から３のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項５】
制御部は、予備検出動作の検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せ毎に、供給するマイクロ波の周波数を制御する構成とした請求項１から３のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項６】
制御部は、マイクロ波処理の経過時間や、被加熱物のマイクロ波処理進捗状態を検知する検知器の検知結果および前記予備検出動作を再度繰り返して得られた検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せ毎に制御しているマイクロ波の相対的位相値を変動する構成とした請求項１または２に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項７】
制御部は、マイクロ波処理の経過時間や、被加熱物のマイクロ波処理進捗状態を検知する検知器の検知結果および前記予備検出動作を再度繰り返して得られた検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せ毎に制御しているマイクロ波出力値を変動する構成とした請求項１または３に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項８】
制御部は、マイクロ波処理の経過時間や、被加熱物のマイクロ波処理進捗状態を検知する検知器の検知結果および前記予備検出動作を再度繰り返して得られた検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せから、使用する組合せを選択し直し、マイクロ波の供給を制御する構成とした請求項１から４のいずれか１項または６または７に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項９】
制御部は、マイクロ波処理の経過時間や、被加熱物のマイクロ波処理進捗状態を検知する検知器の検知結果および前記予備検出動作を再度繰り返して得られた検出結果に基づき、
略対称に配置した前記給電部の複数の組合せ毎に制御しているマイクロ波の周波数値を変動する構成とした請求項１から３のいずれか１項または５から７のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項１】
被加熱物を収容する加熱室と、発振部と、前記発振部の出力を複数に分配して出力する電力分配部と、前記電力分配部の少なくともひとつの出力位相を可変する位相可変部と、前記電力分配部および／または前記位相可変部の出力をそれぞれ電力増幅する増幅部と、前記増幅部の出力を前記加熱室に供給する給電部と、それぞれの前記給電部から前記増幅部方向に反射するマイクロ波電力を検出する電力検出部と、前記発振部の発振周波数と前記位相可変部の位相量を制御する制御部とを備え、前記制御部は前記加熱室に収容された前記被加熱物を加熱処理する前段階で、前記給電部から前記増幅部方向に反射するマイクロ波電力が最小となる周波数を検出する予備検出動作を行う構成とし、前記給電部は、偶数ヶ所でかつ４ヶ所以上を前記加熱室の底壁面に全て設け、前記加熱室の被加熱物設置水平面の略中心を通る垂直軸上の点に対し、前記給電部を２ヶ所毎に略対称に配置し、略対称に配置した前記給電部組合せ毎に、供給するマイクロ波電界の励振方向を一致させた構成とし、前記制御部は、位相制御する前記給電部の組合せ間で、前記給電部それぞれから放射されるマイクロ波電力を略一致させる構成としたマイクロ波処理装置。
【請求項２】
制御部は、予備検出動作の検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せ毎に、供給するマイクロ波の相対的位相を制御する構成とした請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項３】
制御部は、予備検出動作の検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せ毎に、供給するマイクロ波の出力を制御する構成とした請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項４】
制御部は、予備検出動作の検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せから、使用する組合せを選択し、マイクロ波の供給を制御する構成とした請求項１から３のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項５】
制御部は、予備検出動作の検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せ毎に、供給するマイクロ波の周波数を制御する構成とした請求項１から３のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項６】
制御部は、マイクロ波処理の経過時間や、被加熱物のマイクロ波処理進捗状態を検知する検知器の検知結果および前記予備検出動作を再度繰り返して得られた検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せ毎に制御しているマイクロ波の相対的位相値を変動する構成とした請求項１または２に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項７】
制御部は、マイクロ波処理の経過時間や、被加熱物のマイクロ波処理進捗状態を検知する検知器の検知結果および前記予備検出動作を再度繰り返して得られた検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せ毎に制御しているマイクロ波出力値を変動する構成とした請求項１または３に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項８】
制御部は、マイクロ波処理の経過時間や、被加熱物のマイクロ波処理進捗状態を検知する検知器の検知結果および前記予備検出動作を再度繰り返して得られた検出結果に基づき、略対称に配置した給電部の複数の組合せから、使用する組合せを選択し直し、マイクロ波の供給を制御する構成とした請求項１から４のいずれか１項または６または７に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項９】
制御部は、マイクロ波処理の経過時間や、被加熱物のマイクロ波処理進捗状態を検知する検知器の検知結果および前記予備検出動作を再度繰り返して得られた検出結果に基づき、
略対称に配置した前記給電部の複数の組合せ毎に制御しているマイクロ波の周波数値を変動する構成とした請求項１から３のいずれか１項または５から７のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−９２７９５（Ｐ２０１０−９２７９５Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６３８１０（Ｐ２００８−２６３８１０）
【出願日】平成２０年１０月１０日（２００８．１０．１０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１０日（２００８．１０．１０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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