JP3299977B2 - Higher order mode microwave resonators for high temperature processing of materials - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、材料の高温処理のための高次モードマイク
ロ波共振器に関する。このような共振器を用いてセラミ
ックを焼結するかまたは物質を乾燥することができる。
これは共振器内部真らはマイクロ波炉内のフィールド分
布が均一であればそれだけより良好となる。The present invention relates to higher mode microwave resonators for high temperature processing of materials. Such a resonator can be used to sinter the ceramic or dry the material.
This is better if the field distribution in the microwave oven is uniform from the inside of the resonator.
ドイツ国特許第4313806号には物質をマイクロ波によ
って加熱するための装置が記載されている。この装置は
加熱室を備え、これを通って処理すべき物質が運搬され
る。加熱室は凹状に湾曲せしめられた壁部分を持つ。入
力結合（einkoppeln）されたマイクロ波はこの壁部分で
反射されて加熱すべき物質容積は焦点を合わせられる。German Patent No. 4,313,806 describes a device for heating substances by microwaves. The device comprises a heating chamber through which the substance to be treated is transported. The heating chamber has a concavely curved wall portion. The einkoppeln microwaves are reflected off this wall and the material volume to be heated is focused.
比較可能な装置がWO90/03714に示されている。ここで
は加熱室は食べ物を暖めるために使用され、加熱すべき
食料容積に一様な温度フィールドを設けようと試みてい
る。A comparable device is shown in WO 90/03714. Here, the heating chamber is used to heat food and attempts to provide a uniform temperature field in the food volume to be heated.
日本特許第４−137391号では加熱室が第１の反射壁に
対向して位置した第２の反射壁分だけ拡大されており、
これでもって処理容積を強化された均一なフィールドで
満たし、これにより対象の一様な加熱を達成することが
努められている。In Japanese Patent No. 4-137391, the heating chamber is enlarged by the amount of the second reflecting wall located opposite to the first reflecting wall,
It is sought to fill the processing volume with an enhanced uniform field, thereby achieving uniform heating of the object.
米国特許第5532462号には円筒形の反応容器が記載さ
れており、該容器の内部はマイクロ波エネルギーデで加
熱される。そのためにはマルチモードマイクロ波が容器
内で、これが内壁で吸収され、かつ反射されるように、
しかも吸収および反射がらせん形の進行で行われるよう
に入力結合される。釜内部は一様に加熱されるはずであ
る。U.S. Pat. No. 5,553,462 describes a cylindrical reaction vessel in which the interior is heated with microwave energy. To do so, the multi-mode microwave is absorbed in the vessel and reflected by the inner wall,
Moreover, they are input-coupled such that absorption and reflection take place in a helical manner. The inside of the kettle should be uniformly heated.
不均一なフィールド分布はセラミックの焼結時に１バ
ッチ内で異なる密度および個々の試料内の不均一な圧縮
を招き、これは最終的には成形品を変形する、または破
壊すらする機械的な圧力を惹起する。この問題およびこ
れから引き出された、均一な容積加熱がとりわけ焼結行
程で重要な利点を有し、かつ熱的な物質処理でより大き
な重要性を持つという知識が論文：ジルコニウム強化ア
ルミナ複合体のマイクロ波焼結（Microwave Sintering
of Zirconia−Toughened Almina Composites）でキムリ
ー他（H.D.Kimrey et al.）によって議論されている（M
at.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.189,1991 Material Researc
h Sosiety,243〜255頁）２つの高次モードの円筒形マイ
クロ波炉が、１つは2.45GHzで、他は28GHzで操作されて
いる。結行程は高い周波数でのみ良い結果が得られた。The non-uniform field distribution results in different densities within a batch and non-uniform compression within individual samples during sintering of the ceramic, which ultimately results in mechanical pressures that deform or even break the molded part Cause. This issue and the knowledge derived from this that uniform volumetric heating has significant advantages, especially in the sintering process, and has greater importance in thermal material processing, have been published in the paper: Microstructures of zirconium-reinforced alumina composites. Microwave Sintering
of Zirconia-Toughened Almina Composites) by Kim Lee et al. (HDKimrey et al.)
at.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.189,1991 Material Researc
h Sosiety, pp. 243-255) Two higher mode cylindrical microwave ovens, one operating at 2.45 GHz and the other operating at 28 GHz. Good results were obtained only at high frequencies.
サンフランシスコで開催されたMRS春のミーティング
（1996年４月11日）でフェーアー他（Feher et al.）が
“共振器デザインおよびミリメータ波物質処理のモデル
化のためのミラ／テーシス3D−コードパッケージ（the
Mira/THESIS 3D−Code Package for Resonator Design
and Modeling of Millimeter−Wave Material Processi
ng）”の表題でIAP（Nizhny Novgorod）によって利用さ
れた球形の蓋を持った高モード円筒形共振器におけるフ
ィールド分布のシミュレーションについて報告した（Sy
mp.Microwave Processing of Materials V）。この中
で、真円円筒形または球形のジオメトリーを持つ共振器
はどれも改善の要あるフィールド分布を持つことが示さ
れている。位相幾何学に基づいて共振器内でのフィール
ドの焦点合わせが強制的に生じるので、共振器容積に比
べてある程度均一なフィールド分布を持つ比較的小さな
作業容積のみが残るにすぎない。付加的な技術的手段、
例えばモードかき混ぜ機および拡散面は改良をもたらす
が、これは産業もしくは工業での使用には高すぎる費用
を伴う。At the MRS Spring Meeting in San Francisco (April 11, 1996), Feher et al. Described the "Mira / Thesis 3D-Code Package for Modeling Resonator Design and Millimeter-Wave Material Processing.
Mira / THESIS 3D-Code Package for Resonator Design
and Modeling of Millimeter−Wave Material Processi
(ng) under the title "Simulation of field distribution in a high-mode cylindrical resonator with a spherical lid used by the IAP (Nizhny Novgorod)."
mp. Microwave Processing of Materials V). In this, it is shown that any resonator having a perfect cylindrical or spherical geometry has a field distribution that needs improvement. Because of the forced field focusing in the resonator based on the topology, only a relatively small working volume with a somewhat uniform field distribution compared to the resonator volume remains. Additional technical means,
For example, mode stirrers and diffusing surfaces provide improvements, but with too high a cost for industrial or industrial use.
本発明の課題は、マイクロ波炉として使用された共振
器内の強い、不均一のフィールド増強（火線（Kaustike
n））を回避し、入力結合するマイクロ波ビームを容積
内の外部ジオメトリーによって分け、こうして加熱すべ
きまたは燃焼もしくは焼結すべき物質を十分に均一なフ
ィールドに曝すことができるようにすることである。The object of the present invention is to provide a strong, non-uniform field enhancement (Kaustike) in a resonator used as a microwave furnace.
n)), by separating the incoming microwave beam by the external geometry in the volume, so that the material to be heated or burned or sintered can be exposed to a sufficiently uniform field is there.
この課題は請求項１による均一なマイクロ波共振器に
よって解決される。This task is solved by a uniform microwave resonator according to claim 1.
共振器はその縦軸線に対して対称的な、偶数の多角形
横断面を持つ角柱空洞である。共振器の全ての面セグメ
ントは平らであるかまたは同義の位相幾何学的に扁平で
ある。これによって入力結合されたマイクロ波ビームは
共振器壁で反射する際に常に分岐し、かつ真円円筒形お
よび球形のジオメトリーの場合とは異なり常に再び焦点
合わせせしめられる（fokussiert）。The resonator is a prismatic cavity with an even polygonal cross section, symmetric about its longitudinal axis. All face segments of the resonator are flat or synonymously topologically flat. As a result, the input-coupled microwave beam always diverges as it reflects off the resonator wall, and is always refocused, unlike in the case of perfect cylindrical and spherical geometries.
最初の反射でビームは２つの対称的な半部への分割を
受ける、それというのもマイクロ波結合窓のビーム軸線
が先ず２つの周面セグメントの一番近い共通のエッジに
ぶつかるからである。これによって第１の反射後第１の
強力の扇状の展開を得ることができ、これは１つの平ら
た壁セグメントにおけるビームの第１の反射では達成さ
れない。At the first reflection, the beam undergoes a split into two symmetric halves, since the beam axis of the microwave coupling window first strikes the closest common edge of the two peripheral segments. This makes it possible to obtain a first intense fan-like deployment after the first reflection, which is not achieved with the first reflection of the beam on one flat wall segment.
先ずは、入力結合されたビームが、常に扇状の展開が
行われるように反射されることはもっとも（plausibe
l）と思われる。その場合には不都合なフィールド増強
（純粋な円筒形ジオメトリーで焦点合わせ効果によって
生じるように）は起こらない。その結果高すぎないオー
ダーの多角形横断面を持つ共振器ジオメトリーでは円筒
形ジオメトリーに比べてきわめて大きな利用容積（作業
容積または処理容積も）を達成し得るに違いない。First, it is most likely that the input coupled beam is reflected such that a fan-like expansion always occurs.
l) seems to be. In that case no adverse field enhancement (as occurs with the focusing effect in pure cylindrical geometry) will occur. As a result, resonator geometries having a polygonal cross section of the order of not too high must be able to achieve a much larger working volume (as well as working or processing volume) than cylindrical geometries.
特別に開発されたコンピュータプログラムでのフィー
ルド計算はこの合理性観察（Plausibilitaetsbetrachtu
ng）を確認する。この目的のためにこのコンピュータプ
ログラム（ミラ−コード（Microwave Raytracer））を
用いた共振器デザイン研究が種々の多角形ジオメトリー
の下で見込みありとして選択された。ミラ−コードは定
常の波動フィールドの計算に用いられ、かつ適切に実現
された共振器との良好な一致を示す。Field calculations with a specially developed computer program are based on this rationality observation (Plausibilitaetsbetrachtu
ng). For this purpose, resonator design studies using this computer program (Microwave Raytracer) were selected as promising under various polygonal geometries. The mirror code is used in the calculation of the stationary wave field and shows a good match with a properly implemented resonator.
ミラ−コードは格子のない分析計算法として開発さ
れ、これを用いて複雑な共振器ジオメトリーを研究する
ことができた。定常の状態の電磁界についての完全な性
質を表すベクトル成分生成手法（Strahlformalismus）
はこのコードの理論的ベースを与える。これは単色の、
調和して変化する波動のフィールドをベクトルポテンシ
ャル Ａ（ｘ、ｔ）＝Ａ（ｘ）e-iwt を用いて記載することを許す。較正のための変換（Eich
transformationen）の考慮下に条件 φ（ｘ、ｔ）＝０ が常に維持されなければならない（上記のMRSのスプリ
ングミーティング参照（1996）、特に“Optical field
calculations with the Mira−Code"）。The Miller code was developed as a lattice-free analytical calculation method, and could be used to study complex resonator geometries. A method for generating vector components representing the complete properties of steady-state electromagnetic fields (Strahlformalismus)
Gives the theoretical basis for this code. This is a single color,
Allows the field of harmonically changing waves to be described using the vector potential A (x, t) = A (x) e - iwt. Conversion for calibration (Eich
The condition φ (x, t) = 0 must always be maintained under the consideration of transformationen) (see MRS Spring Meeting above (1996), especially “Optical field
calculations with the Mira-Code ").
従属請求項２では共振器の対称的な六角横断面を特徴
とする、それというのもこれでもって最小の変動を持つ
均一なフィールド分布に関して最良の結果を達成するこ
とができ、したがって共振器容積がほぼ完全に作業容積
として利用し得るからである。他の偶数の多角形共振器
横断面はフィールド均一性に関してこの品質を示さな
い。しかしながら八角の共振器横断面は常に、公知技術
で挙げられたジオメトリー（共振器内部にモードかき混
ぜ機を有していても）よりも均一なフィールドの出現に
は依然として著しく有利である。Dependent claim 2 features a symmetrical hexagonal cross section of the resonator, since the best results can thus be achieved for a uniform field distribution with minimal fluctuations, and thus the resonator volume Can be used almost completely as a working volume. Other even polygonal resonator cross sections do not exhibit this quality with respect to field uniformity. However, an octagonal resonator cross-section always remains a significant advantage for the appearance of a more uniform field than the geometry mentioned in the prior art (even with a mode stirrer inside the resonator).
共振器の内壁は金属であるかまたは金属層で覆われて
おり、このためにマイクロ波にとってミラーであり、ミ
ラーは壁の導電性が高ければ高い程より良好に反射され
る。その上にこの内壁は工程周囲内で安定である、すな
わち接触する大気に対して化学的に不活性でなければな
らず、主にビームによって、かつ多少二次的に対流に起
因する熱的な負荷で耐えるために冷却されなければなら
ない。用途に応じて物質、例えば銀または銅または金ま
たは高級鋼または他の適切な金属物質を共振器の壁また
は内壁被覆として使用される（請求項３）。The inner wall of the resonator is made of metal or covered with a metal layer, and is therefore a mirror for microwaves, the mirror being better reflected the higher the conductivity of the wall. In addition, this inner wall must be stable within the process environment, i.e. it must be chemically inert to the atmosphere with which it comes into contact, mainly due to the beam, and to some extent secondary Must be cooled to withstand the load. Depending on the application, materials such as silver or copper or gold or high-grade steel or other suitable metal materials are used as resonator wall or inner wall coatings (claim 3).
共振器内へのマイクロ波の入力結合は平らな両端面の
１つによって行われる。入力結合開口は端面の中心外に
位置し（請求項４）、その結果入力結合開口に一番近く
に位置する２つの互いに当接した周面セグメントの共通
のエッジが存在する。入力結合開口から出発したビーム
軸線がこのエッジへ延び、かつそこで第１の反射で先ず
２つのビーム軸線に分かれ、これらは第２の反射まで鏡
像的に互いに延びる。Microwave input coupling into the resonator is provided by one of the flat end faces. The input coupling opening is located outside the center of the end face (claim 4), so that there is a common edge of the two mutually abutting peripheral segments located closest to the input coupling opening. The beam axis starting from the input coupling aperture extends to this edge and there first splits at the first reflection into two beam axes, which extend mirror-like to one another until the second reflection.
達成された定常状態における均一なフィールド分布に
よって今やマイクロ波炉としての共振器はきわめて良好
にセラミック物質の焼結に適する。しかし他の対象も加
熱または乾燥または単に温度処理され得る（請求項
５）。Due to the achieved uniform field distribution in the steady state, the resonator as a microwave furnace is now very well suited for sintering ceramic materials. However, other objects can also be heated or dried or simply temperature treated (claim 5).
共振器内へガウスビークプロフィールを持つ準光学ビ
ームまたはこのプロフィールに追従するマイクロ波ビー
ムが入力結合される（請求項６）。A quasi-optical beam with a Gaussian beak profile or a microwave beam following this profile is coupled into the resonator (claim 6).
偶数の対称的な多角形横断面および縦軸線に対して傾
斜したビーム入力結合、引き続く第１の反射後の対称的
なビーム分割を持つ角柱共振器の利点は、ミラ−コード
に支持された予測によれば最適かつ有利であると判明し
た。理論的な結論は実験的に確認された。特に別の公知
の技術的補助手段、例えばモードかき混ぜ機および拡散
板（ディフューザ）が省略できる。これらはもはや何ら
付加的な改良を与えない。したがって複数の白熱すべ
き、または燃焼すべき物体、いわゆるグリーン体（Grue
nkoerper）の一様な処理のための前提が作られ、かつ工
業の使用に提供される。The advantage of a prismatic resonator with an even number of symmetrical polygonal cross-sections and a beam input coupling inclined with respect to the longitudinal axis, followed by a symmetrical beam splitting after the first reflection, is a mirror code supported prediction. Have proved to be optimal and advantageous. The theoretical conclusion was confirmed experimentally. In particular, other known technical aids, such as a mode stirrer and a diffuser, can be omitted. These no longer provide any additional improvement. Therefore, several objects to be glowed or burned, so-called green bodies (Grue)
Premises for uniform processing of nkoerper) are made and provided for industrial use.
以下図面について詳説される本発明の実施例はセラミ
ック焼結炉として実施されている。The embodiments of the present invention, which are described in detail below with reference to the drawings, are implemented as ceramic sintering furnaces.
図1aは入力結合されたビームの共振器軸線に垂直な投
影図、図2bは入力結合されたビームの共振器しく線に平
行な投影図、図２は六角のアプリケータインサートおよ
びマイクロ波のエッジ負荷を備えたマイクロ波炉の図、
図３は作業容積内のフィールド均一性とエネルギー密度
を、多角形横断面のオーダーおよび壁負荷の形式に対し
てプロットしたグラフ、図４はミラ−コードを用いたフ
ィールド計算のブロック図である。1a is a projection of the in-coupled beam perpendicular to the resonator axis, FIG. 2b is a projection of the in-coupled beam parallel to the resonator line, and FIG. 2 is a hexagonal applicator insert and microwave edge. Diagram of a microwave furnace with a load,
FIG. 3 is a graph of field uniformity and energy density in the working volume plotted against the order of the polygonal cross section and the type of wall loading, and FIG. 4 is a block diagram of the field calculation using the Miller code.
六角形横断面を持った共振器１内へ入力結合された準
光学的マイクロ波ビーム２は図1aおよび図1bで放射光学
的に簡単にされて２つの第１の反射でもって示されてい
る。マイクロ波ビーム２は共振器１内へ図1aで下方の端
面４内の入力結合開口３から入る。共振器１内へ入った
第１のビーム部分のビーム軸線は入力結合開口３を持つ
端面４に対して角度αを成して傾斜している。このビー
ム軸線は、もっとも近い、２つの互いに突き合わされた
平らな多角形の面のエッジへ当たるように整列される。
これら互いに突き合わされた両多角形面でビーム２は第
１の反射をされ、同時に２つの互いに対称的な部分に分
割される。共振器１の内室は常に分岐するビームの走行
によって反射が増えるにつれてますます均一に満たされ
る。The quasi-optical microwave beam 2 input-coupled into a resonator 1 having a hexagonal cross section is shown in FIGS. 1a and 1b with two first reflections, which is simplified by radiation. . The microwave beam 2 enters the resonator 1 from the input coupling aperture 3 in the lower end face 4 in FIG. The beam axis of the first beam part entering the resonator 1 is inclined at an angle α with respect to the end face 4 having the input coupling aperture 3. This beam axis is aligned to strike the edge of the two closest butted flat polygonal faces.
At these two butted polygonal surfaces the beam 2 is first reflected and simultaneously split into two mutually symmetrical parts. The interior of the resonator 1 is always filled more and more uniformly as the reflection increases due to the travel of the diverging beam.
図1aおよび図1bではこの過程は、空間の、したがって
マイクロ波炉のフィールド充填（Feldfuellung）の進む
様子を示すための最初の両反射についてのみ示されてい
る（実際には共振器内の定常のフィールド充填は入力結
合後ある程度直ぐに生じる）。より著しい局所的なフィ
ールド増強（火線）は回避され、その結果共振器１内で
加熱されるセラミック型内にいわゆるホットスポットは
生じない。処理すべきセラミック型は炉（共振器）の作
業容積（処理容積）内でマイクロ波フィールドに曝され
る。In FIGS. 1a and 1b this process is only shown for the first two reflections to show the progress of the space and thus the field filling of the microwave furnace (actually the steady state Field filling occurs somewhat soon after input coupling). A more significant local field enhancement (firewire) is avoided, so that no so-called hot spots occur in the ceramic mold heated in the resonator 1. The ceramic mold to be processed is exposed to a microwave field in the working volume (processing volume) of the furnace (resonator).
図２において、マイクロ波炉は２つの接続管片7,8を
備えた円筒形の構成体６から成る。接続管片８は周面に
形成され、温度測定並びに共振器内部の排出もしくは大
気フラッシングに使用され、かつ第２の接続管片７は両
端面４の１つに斜めに形成されている。後者を介してマ
イクロ波２は共振器内部へ入力結合される。したがって
接続管片７はビーム案内中空導体への突き合わせ箇所で
結合窓９で終わっている。In FIG. 2, the microwave furnace consists of a cylindrical component 6 with two connecting pieces 7,8. The connecting piece 8 is formed on the peripheral surface and is used for temperature measurement and for evacuating or flushing the inside of the resonator, and the second connecting piece 7 is formed obliquely on one of the two end faces 4. Microwave 2 is input-coupled into the resonator via the latter. The connecting piece 7 thus terminates in a connection window 9 at the point of abutment against the beam-guiding hollow conductor.
オリジナルシリンダ６の内部は端面４から端面４まで
六角形横断面のアプリケータインサート10で同軸的に挿
入されている。図２においてアプリケータ10はシリンダ
軸線を中心にして、入射したビーム軸線５がアプリケー
タインサート10の互いに突き合わせになった多角形の２
つの壁のもっとも近いエッジにぶつかるまで回転せしめ
られる。これによってここで次に入射マイクロ波ビーム
２の第１の対称的な分割が行われる。The interior of the original cylinder 6 is coaxially inserted from end face 4 to end face 4 with an applicator insert 10 having a hexagonal cross section. In FIG. 2, the applicator 10 has a polygonal shape in which the incident beam axis 5 abuts the cylinder axis and the applicator insert 10 against each other.
Rotated until it hits the closest edge of one wall. A first symmetrical splitting of the incident microwave beam 2 then takes place here.
ミラ−コードは最適な共振器ジオメトリーの測定およ
び設計のための道具として重要な道具である。ミラ−コ
ードの本質的な特色および基本的な利用法が図４で説明
される。このコードについての詳細は著書フェーアー他
によって前出の文献に後実施可能に記載されている。先
ず多角形横断面を持つ共振器モデルが想定され、モデル
化され、かつこの共振器ジオメトリーに現れるフィール
ド分布の計算に使用される。数値計算はミラ−フィール
ド計算（共振器１内へ入射したマイクロ波２がビーム光
学的に追跡される）で行われる。共振器１内の連続的な
フィールド充填は最終的に、特にビデオに適する形で示
すことができ、したがって例えば共振器内部内のフィー
ルド分布の縦横断面の現像を提示することができる。Mirror code is an important tool as a tool for measuring and designing the optimum resonator geometry. The essential features and basic usage of the mirror code are illustrated in FIG. Details of this code are described later in the above-cited reference by Book Fahr et al. First, a resonator model with a polygonal cross section is assumed, modeled and used to calculate the field distribution appearing in this resonator geometry. Numerical calculations are performed by mirror-field calculations (microwaves 2 entering resonator 1 are tracked by beam optics). The continuous field filling in the resonator 1 can ultimately be shown in a way that is particularly suitable for video, so that, for example, the development of longitudinal and transverse sections of the field distribution inside the resonator can be presented.
炉の設計には、所定の作業容積内のエネルギー密度を
できる限り大きく保持し、同時に平均値を中心にしたフ
ィールド強度値拡散が僅かである（均一な分布）ことが
努められる。条件の比較のために作業容積は、円筒形の
オリジナルジオメトリーで最良のフィールド品質を持つ
関連容積として定義される。種々の多角形アプリケータ
設計のシールド均一性の調査のためのミラ−コードでの
研究によって図1a、図1bおよび図2bによるエッジ負荷を
持つ六角形の構造が最適であると示された。この場合比
（作業容積内のエネルギー密度の拡散）：（作業容積内
で得られる平均エネルギー密度）は最小である。The design of the furnace seeks to keep the energy density in a given working volume as high as possible, while at the same time having a small spread (uniform distribution) of the field intensity values about their mean. For comparison of conditions, the working volume is defined as the relevant volume with the best field quality in the original cylindrical geometry. Studies with mirror cords for investigating the shield uniformity of various polygonal applicator designs have shown that hexagonal structures with edge loading according to FIGS. 1a, 1b and 2b are optimal. In this case, the ratio (diffusion of energy density in the working volume): (average energy density obtained in the working volume) is minimal.
図３に最大（もっとも不都合な場合）に対して規格化
された、エッジもしくは壁負荷に関する商が示されてい
る。エッジ負荷は五角形横断面を除いて比較的良好に均
一なエネルギー収率を示す。FIG. 3 shows the quotient for the edge or wall load, normalized to the maximum (in the worst case). Edge loading shows a relatively good and uniform energy yield except for pentagonal cross sections.
図３には規格化された拡散が示されている。六角形ア
プリケータで、できる限り高いエネルギー密度で最小の
拡散が期待されるという予測が得られる。この発見は実
験的に確認され、しかも共振器内へ挿入されたサーモペ
イパーの大スペースの完全に均一な黒化がアプリケータ
壁まで測定された全ての平面において示された。したが
って予測は実験によって確認され、そのためミラ−コー
ドは高い信頼性に優れる。より高いオーダーの多角形の
横断面についての計算は共振器フィールドの拡散挙動に
おいて急速にシリンダジオメトリーに収れんする。FIG. 3 shows the normalized diffusion. Hexagonal applicators provide the expectation that minimal diffusion is expected at the highest possible energy density. This finding was confirmed experimentally, and showed a completely uniform blackening of the large space of the thermo paper inserted into the resonator in all planes measured down to the applicator wall. Thus, the prediction is confirmed by experiment, and the mirror code is therefore highly reliable. Calculations for higher order polygonal cross sections quickly fit into the cylinder geometry in the diffusion behavior of the resonator field.
静止のモードかき混ぜ機でオリジナル−（シリンダ）
ジオメトリーの平均エネルギーと拡散に関する関係は、
入力結合されたマイクロ波によるエッジ負荷に関する角
柱として見るべきである。第２の角柱は運転中のモード
かき混ぜ機による利得を示し、かき混ぜ機はきわめて迅
速に回転し、そのためモードかき混せ機の単独配置によ
る変動はもはや検出不能である。オリジナル構造は拡散
と得られたエネルギー密度の点で立体（正方形共振器横
断面）アプリケータジオメトリーに比較可能と見ること
ができ、もちろんこの場合均一性は技術的な補助手段、
例えばモードかき混ぜ機または拡散板無しで達成され
る。Original in stationary mode stirrer (cylinder)
The relationship between geometry average energy and diffusion is
It should be seen as a prism for the edge loading by the in-coupled microwave. The second prism shows the gain due to the mode stirrer during operation, and the stirrer rotates very quickly, so that fluctuations due to the sole arrangement of the mode stirrer are no longer detectable. The original structure can be seen to be comparable to the three-dimensional (square resonator cross-section) applicator geometry in terms of diffusion and the resulting energy density, of which in this case uniformity is a technical aid,
For example achieved without a mode stirrer or diffuser.
ミラ−コードでのフィールド分布の研究では実験的な
チェックに関して多角形が正方形横断面から出発してオ
リジナル共振器の円筒形横断面内へ書き込まれた。角数
の増大と共に容積は上昇し、その結果同一の入力結合出
力では容積内で得られるエネルギー密度は低下する。こ
れは特に五角形で示された。In a study of the field distribution in the Miller code, a polygon was written into the cylindrical cross section of the original resonator starting from a square cross section for an experimental check. As the angle increases, the volume increases, so that for the same input coupling output, the energy density obtained in the volume decreases. This was shown in particular by a pentagon.
偶数のオーダーの多角形横断面については運転される
かき混ぜ機無しのオリジナルジオメトリーから正方形の
横断面を経て六角形横断面まで拡散の明らかな減少が得
られる。この後拡散は再び上昇するが、しかし偶数オー
ダーの多角形については全般的に壁負荷の場合における
よりも良好である。奇数の多角形についての規格化され
たフィールド拡散は急速に運転かき混ぜ機を持たないオ
リジナルジオメトリーへ収れんする。For even-order polygonal cross-sections, a clear reduction in the diffusion is obtained from the original geometry without the stirrer driven, via a square cross-section to a hexagonal cross-section. After this the diffusion rises again, but for even order polygons is generally better than in the case of wall loading. The normalized field spread for odd polygons quickly converges to the original geometry without the driving stirrer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−138862（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−275171（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−196257（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−19342（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−83681（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−137391（ＪＰ，Ａ) 特表 平４−502684（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05B 6/64 - 6/80 H01P 7/06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-8-138882 (JP, A) JP-A-5-275171 (JP, A) JP-A-6-196257 (JP, A) 19342 (JP, A) JP-A-8-83681 (JP, A) JP-A-4-137391 (JP, A) JP-A-4-502684 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H05B 6/64-6/80 H01P 7/06
Claims (6)
ロ波共振器において、共振器（１）が偶数の多角形横断
面を持つ、縦軸線に対して対称的な角柱中空室であり、
共振器（１）の周面セグメントも両端面（４）も平らで
あり、両端面（４）の１つから入力結合されたマイクロ
波ビーム（２）のビーム軸線（５）が斜めに、２つの互
いに突き合った周面セグメントの一番近いエッジに当た
り、これによって共振器（１）内へ入力結合された分岐
するマイクロ波ビーム（２）が入力結合部（３）の近く
での最初の反射で２つの互いに対称的な反射−および回
折部分へ扇状に広げられ、かつ共振器内壁でのその後の
反射で常に扇状に広げられ、そのために全共振器容積内
に十分に均一なフィールド分布が生じることを特徴とす
る、材料の高温処理のための高次モードマイクロ波共振
器。1. A higher mode microwave resonator for high temperature processing of a material, wherein the resonator (1) is a prismatic hollow chamber having an even number of polygonal cross sections and symmetric with respect to a vertical axis.
Both the peripheral surface segment and both end faces (4) of the resonator (1) are flat, and the beam axis (5) of the microwave beam (2) input from one of the end faces (4) is inclined at 2 The closest edge of two butting peripheral segments, whereby the splitting microwave beam (2) input-coupled into the resonator (1) reflects the first reflection near the input coupling (3) In two mutually symmetrical reflective and diffractive parts and is always fanned out by subsequent reflections on the inner cavity wall, so that a sufficiently uniform field distribution in the entire cavity volume results. A higher mode microwave resonator for high temperature processing of materials, characterized in that:
るために共振器（１）の横断面が六角または八角形であ
る、請求項１記載の高次モードマイクロ波共振器。2. Higher mode microwave resonator according to claim 1, wherein the cross section of the resonator (1) is hexagonal or octagonal in order to obtain a field uniformity with minimum fluctuations.
適切な、高い導電性を持つ金属材料、例えば銀または銅
または金またはアルミニウムまたは高級鋼で被覆されて
おり、そのために壁が入力結合されたマイクロ波（２）
のミラーを形成する、請求項２記載の高次モードマイク
ロ波共振器。3. The inner wall of the resonator (1) is coated with a highly conductive metal material, such as silver or copper or gold or aluminum or high grade steel, which is suitable for the process described above. Is input-coupled microwave (2)
3. The higher-order mode microwave resonator according to claim 2, wherein the mirror forms:
ラミックの加熱または乾燥または焼結およびまたは溶接
または半導体の温度調節のための炉である、請求項３記
載の高次モードマイクロ波共振器。4. Higher-mode microwave according to claim 3, wherein the resonator (1) is a furnace for high-temperature processing of a substance, for example heating or drying or sintering of ceramics and / or welding or temperature control of semiconductors. Resonator.
ずらされて設けられている、請求項４記載の高次モード
マイクロ波共振器。5. The higher-order mode microwave resonator according to claim 4, wherein the input coupling window is provided offset from the center of the end face.
ガウスのビームプロフィールまたはこれに近いプロフィ
ールを持つ準光学的なビームである、請求項５記載の高
次モードマイクロ波共振器。6. The higher mode microwave resonator according to claim 5, wherein the input coupled microwave beam is a quasi-optical beam having a Gaussian beam profile or a profile close thereto.
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