WO2018198889A1 - マイクロ波処理装置 - Google Patents

Abstract

マイクロ波処理装置は、加熱室と第１、第２アンテナと伝送線路群と複数の供給部とを備える。加熱室は被加熱物を収容する。第１、第２アンテナは加熱室にマイクロ波を放射する。伝送線路群は、第１、第２アンテナにマイクロ波を供給する複数の伝送線路を含む。複数の供給部は伝送線路群にマイクロ波を供給する。複数の伝送線路は、環状に結合された第１～第４伝送線路を含む。伝送線路群は、第１、第３伝送線路の間に設けられた第１分岐部と、第２、第４伝送線路の間に設けられた第２分岐部とをさらに備える。複数の供給部は、第１、第２伝送線路間に設けられた第１供給部と、第３、第４伝送線路間に設けられた第２供給部とを含む。第１伝送線路は、第２、第４伝送線路と同じ位相長を有し、第３伝送線路は、第１、第２、第３伝送線路の各位相長と異なる位相長を有する。本態様によれば、様々な形状、種類、量の被加熱物に対して短時間で所望の加熱を行うことができる。

Description

マイクロ波処理装置

　本開示は、マイクロ波発生部を備えたマイクロ波処理装置（Microwave treatment device）に関する。

　従来、マイクロ波処理装置には、マイクロ波を放射する複数の回転アンテナを備えたものが含まれる（例えば、特許文献１参照）。本従来技術によれば、複数の回転アンテナを用いて、加熱室内の広範囲にマイクロ波を供給することで、加熱むらを抑制することが可能である。

　従来技術には、マイクロ波を放射する複数のアンテナを有し、複数のマイクロ波の位相差を制御するように構成されたマイクロ波処理装置も含まれる（例えば、特許文献２参照）。本従来技術によれば、位相差制御によりマイクロ波分布を変化させ、これにより、均一な加熱および集中的な加熱を行うことができる。

特開２００４－４７３２２号公報 特開２００８－６６２９２号公報

　しかしながら、上記従来技術のように、加熱室内でマイクロ波を合成させる構成では、下記説明のように、様々な形状、種類、量の被加熱物に対して所望の加熱を行うことは難しい。

　複数のアンテナを回転させても、マイクロ波分布はあまり変化しない。位相差制御により定在波を移動させても、定在波が半波長移動するだけであり、マイクロ波分布はあまり変化しない。

　加熱室内で複数のマイクロ波を合成させることで、加熱室内のマイクロ波分布を変化させようとしても、加熱室に収容された被加熱物の影響でマイクロ波分布は変わる。このため、思惑通りの加熱をするのは困難である。

　複数のマイクロ波放射部を間欠的に駆動すると、マイクロ波分布が大きく変化する。しかし、供給電力が小さくなって調理時間は長くなる。

　本開示は、上記従来の問題を解決するもので、様々な形状、種類、量の被加熱物に対して、短時間で所望の加熱を行うマイクロ波発処理装置を提供することを目的とする。

　本開示の一態様のマイクロ波処理装置は、加熱室と第１アンテナと第２アンテナと伝送線路群と複数の供給部とを備える。

　加熱室は、被加熱物を収容するように構成される。第１アンテナおよび第２アンテナと、加熱室にマイクロ波を放射するように構成される。伝送線路群は、第１アンテナおよび第２アンテナにマイクロ波を供給するように構成された複数の伝送線路を含む。複数の供給部は、伝送線路群にマイクロ波を供給するように構成される。

　複数の伝送線路は、環状に結合された第１伝送線路と第２伝送線路と第３伝送線路と第４伝送線路とを含む。伝送線路群は、第１伝送線路と第３伝送線路との間に設けられた第１分岐部と、第２伝送線路と第４伝送線路との間に設けられた第２分岐部とをさらに備える。

　複数の供給部は、第１伝送線路と第２伝送線路との間に設けられた第１供給部と、第３伝送線路と第４伝送線路との間に設けられた第２供給部とを含む。

　第１伝送線路は、第２伝送線路および第４伝送線路と同じ位相長を有する。第３伝送線路は、第１伝送線路、第２伝送線路、第４伝送線路の各位相長と異なる位相長を有する。

　本態様によれば、様々な形状、種類、量の被加熱物に対して、短時間で所望の加熱を行うことができる。

図１は、本開示の実施の形態に係るマイクロ波処理装置の基本構成を示すブロック図である。 図２は、本実施の形態に係る伝送線路群に含まれる伝送線路の配置を示す図である。 図３は、本実施の形態に係る伝送線路群に含まれる伝送線路の長さを説明するための図である。 図４は、本実施の形態に係る伝送線路群の第１の構成例を示す斜視図である。 図５は、本実施の形態に係る伝送線路群の第２の構成例を示す斜視図である。

　本開示の第１の態様のマイクロ波処理装置は、加熱室と第１アンテナと第２アンテナと伝送線路群と複数の供給部とを備える。

　加熱室は、被加熱物を収容するように構成される。第１アンテナおよび第２アンテナと、加熱室にマイクロ波を放射するように構成される。伝送線路群は、第１アンテナおよび第２アンテナにマイクロ波を供給するように構成された複数の伝送線路を含む。複数の供給部は、伝送線路群にマイクロ波を供給するように構成される。

　複数の伝送線路は、環状に結合された第１伝送線路と第２伝送線路と第３伝送線路と第４伝送線路とを含む。伝送線路群は、第１伝送線路と第３伝送線路との間に設けられた第１分岐部と、第２伝送線路と第４伝送線路との間に設けられた第２分岐部とをさらに備える。

　複数の供給部は、第１伝送線路と第２伝送線路との間に設けられた第１供給部と、第３伝送線路と第４伝送線路との間に設けられた第２供給部とを含む。

　第１伝送線路は、第２伝送線路および第４伝送線路と同じ位相長を有する。第３伝送線路は、第１伝送線路、第２伝送線路、第４伝送線路の各位相長と異なる位相長を有する。

　本開示の第２の態様のマイクロ波処理装置では、第１の態様に加えて、第３伝送線路が、第１伝送線路の位相長と１８０度±１０％異なる位相長を有する。

　本開示の第３の態様のマイクロ波処理装置は、第１の態様に加えて、伝送線路群が、第１分岐部と第１アンテナとを接続する第５伝送線路と、第２分岐部と第２アンテナとを接続する第６伝送線路とをさらに備える。

　本開示の第４の態様のマイクロ波処理装置では、第１の態様に加えて、伝送線路群がマイクロストリップ線路で構成される。

　本開示の第５の態様のマイクロ波処理装置では、第１の態様に加えて、伝送線路群が導波管で構成される。

　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

　（基本構成）
　図１は、本開示の実施の形態に係るマイクロ波処理装置２０の基本構成を示すブロック図である。

　図１に示すように、マイクロ波処理装置２０は、加熱室１と発振部３と分配部４と位相可変部５と増幅部６ａ、６ｂと伝送線路群７とアンテナ８ａ、８ｂとを有する。

　発振部３は半導体からなる固体発振装置であり、マイクロ波を発生させる。分配部４は、発振部３で発生されたマイクロ波を増幅部６ａと位相可変部５とに分配する。

　位相可変部５は、分配部４で分配されたマイクロ波を入力し、制御部（図示せず）からの指示に応じて、位相を変化させたマイクロ波を出力する。

　増幅部６ａは、分配部４で分配されたマイクロ波を増幅する。増幅部６ｂは、位相可変部５により出力されたマイクロ波を増幅する。

　伝送線路群７は、複数の伝送線路を含み、増幅部６ａ、６ｂで増幅されたマイクロ波をアンテナ８ａ、８ｂに伝送させる。アンテナ８ａ、８ｂは、第１アンテナ、第２アンテナにそれぞれ相当する。加熱室１に収容された被加熱物２は、アンテナ８ａ、８ｂより放射されたマイクロ波により加熱される。代表的には、被加熱物２は食品である。

　以上のように構成されたマイクロ波処理装置２０について、以下その作用を説明する。

　図２は、伝送線路群７に含まれる伝送線路の配置を示す。図２に示すように、伝送線路群７は、環状に結合された伝送線路７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを含む。伝送線路７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、第１伝送線路、第２伝送線路、第３伝送線路、第４伝送線路にそれぞれ相当する。

　増幅部６ａ、６ｂからのマイクロ波は、供給部９ａ、９ｂから伝送線路群７に供給される。供給部９ａ、９ｂは、第１供給部、第２供給部にそれぞれ相当する。

　伝送線路群７により、供給部９ａから供給されたマイクロ波が、供給部９ｂから供給されたマイクロ波と合成される。合成されたマイクロ波は分岐部１０ａで分岐する。伝送線路７ｅは、分岐部１０ａとアンテナ８ａとを接続し、合成されたマイクロ波を分岐部１０ａからアンテナ８ａまで伝播させる。

　伝送線路群７により、供給部９ａから供給されたマイクロ波が、供給部９ｂから供給されたマイクロ波と合成される。合成されたマイクロ波は分岐部１０ｂで分岐する。伝送線路７ｆは、分岐部１０ｂとアンテナ８ｂとを接続し、合成されたマイクロ波を分岐部１０ｂからアンテナ８ｂまで伝播させる。分岐部１０ａ、１０ｂは、第１分岐部、第２分岐部にそれぞれ相当する。

　図３は、伝送線路群７を構成する伝送線路の長さを説明するための図である。伝送線路７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの長さは位相長ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３、ＰＬ４にそれぞれ設定される。位相長とは、伝送線路の長さＬ（ｍｍ）と、伝送線路により伝播されるマイクロ波の波長λ（ｍｍ）とを下記式１に代入して得られる値である。位相長の単位は「度」である。

　位相長ＰＬ１は、伝送線路７ａを通ったマイクロ波が、分岐部１０ａにおいて、供給されたマイクロ波と同位相となる０度に設定される。位相長ＰＬ２は、伝送線路７ｂを通ったマイクロ波が、分岐部１０ｂにおいて、供給されたマイクロ波と同位相となる０度に設定される。位相長ＰＬ４は、伝送線路７ｄを通ったマイクロ波が、分岐部１０ｂにおいて、供給されたマイクロ波と同位相となる０度に設定される。

　一方、位相長ＰＬ３は、伝送線路７ｃを通ったマイクロ波が、分岐部１０ａにおいて、供給されたマイクロ波とは逆位相となる１８０度に設定される。

　すなわち、伝送線路７ａは、伝送線路７ｂ、７ｄと同じ位相長を有し、伝送線路７ｃは、伝送線路７ａの位相長とは１８０度異なる位相長を有する。これにより、分岐部１０ａにおいて分岐するマイクロ波は、分岐部１０ｂにおいて分岐するマイクロ波と逆位相を有する。

　本実施の形態では、位相長ＰＬ１は、位相長ＰＬ２およびＰＬ４と同じである。位相長ＰＬ１およびＰＬ３の差は１８０度である。しかし、位相長ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ４は完全に同じでなくてもよい。位相長ＰＬ１およびＰＬ３の差は厳密に１８０度でなくてもよい。その差に対する許容範囲は例えば±１０％である。

　表１は、同位相の二つのマイクロ波が供給部９ａ、９ｂにそれぞれ供給される場合における、伝送線路群７の作用を示す。

　図２、図３に示すように、伝送線路７ａは、供給部９ａから供給されるマイクロ波を分岐部１０ａに伝播させる。伝送線路７ｃは、供給部９ｂから供給されるマイクロ波を分岐部１０ａに伝播させる。

　上述のように、伝送線路７ａを通ったマイクロ波は、分岐部１０ａにおいて、供給されたマイクロ波と同位相となる。伝送線路７ｃを通ったマイクロ波は、分岐部１０ａにおいて、供給されたマイクロ波と逆位相となる。これにより、分岐部１０ａにおいて、供給部９ａ、９ｂにおいて同位相であった二つのマイクロ波は互いに打ち消し合う（表１参照）。

　伝送線路７ｂは、供給部９ａから供給されるマイクロ波を分岐部１０ｂに伝播させる。伝送線路７ｄは、供給部９ｂから供給されるマイクロ波を分岐部１０ｂに伝播させる。

　上述のように、伝送線路７ｂを通ったマイクロ波は、分岐部１０ｂにおいて、供給されたマイクロ波と同位相となる。伝送線路７ｄを通ったマイクロ波は、分岐部１０ｂにおいて、供給されたマイクロ波と同位相となる。これにより、分岐部１０ｂにおいて、供給部９ａ、９ｂにおいて同位相であった二つのマイクロ波は重なり合う（表１参照）。

　その結果、伝送線路７ｅにはマイクロ波は供給されない。伝送線路７ｆにのみマイクロ波が供給されて、アンテナ８ｂからのみマイクロ波が放射される。

　表２は、逆位相の二つのマイクロ波が供給部９ａ、９ｂにそれぞれ供給される場合における、伝送線路群７の作用を示す。

　図２、図３に示すように、伝送線路７ａは、供給部９ａから供給されるマイクロ波を分岐部１０ａに伝播させる。伝送線路７ｃは、供給部９ｂから供給されるマイクロ波を分岐部１０ａに伝播させる。

　上述のように、伝送線路７ａを通ったマイクロ波は、分岐部１０ａにおいて、供給されたマイクロ波と同位相となる。伝送線路７ｃを通ったマイクロ波は、分岐部１０ａにおいて、供給されたマイクロ波と逆位相となる。これにより、分岐部１０ａにおいて、供給部９ａ、９ｂにおいて逆位相であった二つのマイクロ波は重なり合う（表２参照）。

　伝送線路７ｂは、供給部９ａから供給されるマイクロ波を分岐部１０ｂに伝播させる。伝送線路７ｄは、供給部９ｂから供給されるマイクロ波を分岐部１０ｂに伝播させる。

　上述のように、伝送線路７ｂを通ったマイクロ波は、分岐部１０ｂにおいて、供給されたマイクロ波と同位相となる。伝送線路７ｄを通ったマイクロ波は、分岐部１０ｂにおいて、供給されたマイクロ波と同位相となる。これにより、分岐部１０ｂにおいて、供給部９ａ、９ｂにおいて逆位相であった二つのマイクロ波は互いに打ち消し合う（表２参照）。

　その結果、伝送線路７ｆにはマイクロ波は供給されない。伝送線路７ｅにのみマイクロ波が供給されて、アンテナ８ａからのみマイクロ波が放射される。

　以上のように、本実施の形態によれば、供給部９ａ、９ｂに供給されるマイクロ波の位相を操作することにより、マイクロ波分布を制御することができる。

　本実施の形態では、発振部３は、半導体からなる固体発振装置である。しかし、発振部３としてマグネトロンを使用しても構わない。

　（第１の構成例）
　図４は、伝送線路群７の第１の構成例を示す斜視図である。図４に示すように、本構成例では、伝送線路７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆは、導波管で構成される。

　供給部９ａ、９ｂは、導波管の内部に突出する接続端子で構成される。分岐部１０ａ、１０ｂは、分岐導波管で構成される。アンテナ８ａ、８ｂは、導波管に接続され、加熱室１の内部に突出する。

　（第２の構成例）
　図５は、伝送線路群７の第２の構成例を示す斜視図である。図５に示すように、本構成例では、伝送線路７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆは、加熱室１の一つの壁面に近接して設けられたマイクロストリップ線路で構成される。

　供給部９ａ、９ｂは、加熱室１の壁面とマイクロストリップ線路とを接続する同軸線芯線で構成される。分岐部１０ａ、１０ｂは、分岐したマイクロストリップ線路で構成される。アンテナ８ａ、８ｂは、マイクロストリップ線路に接続され、加熱室１の内部に突出する。

　本構成例において、伝送線路７ｅ、７ｆは省略してもよい。この場合、アンテナ８ａ、８ｂは、分岐部１０ａ、１０ｂにそれぞれ設けられる。アンテナ８ａ、８ｂへは、分岐部１０ａ、１０ｂから非接触でマイクロ波が供給されてもよい。

　本開示は、電子レンジ、生ゴミ処理機にだけでなく、半導体製造装置の分野にも適用可能である。

　１　加熱室
　２　被加熱物
　３　発振部
　４　分配部
　５　位相可変部
　６ａ、６ｂ　増幅部
　７　伝送線路群
　７ａ～７ｆ　伝送線路
　８ａ、８ｂ　アンテナ
　９ａ、９ｂ　供給部
　１０ａ、１０ｂ　分岐部
　２０　マイクロ波処理装置

Claims (5)

1. 　被加熱物を収容するように構成された加熱室と、
   　前記加熱室にマイクロ波を放射するように構成された第１アンテナおよび第２アンテナと、
   　前記第１アンテナおよび前記第２アンテナにマイクロ波を供給するように構成された複数の伝送線路を含む伝送線路群と、
   　前記伝送線路群にマイクロ波を供給するように構成された複数の供給部と、を備え、
   　前記複数の伝送線路は、環状に結合された第１伝送線路と第２伝送線路と第３伝送線路と第４伝送線路とを含み、
   　前記伝送線路群は、前記第１伝送線路と前記第３伝送線路との間に設けられた第１分岐部と、前記第２伝送線路と前記第４伝送線路との間に設けられた第２分岐部とをさらに備え、
   　前記複数の供給部は、前記第１伝送線路と前記第２伝送線路との間に設けられた第１供給部と、前記第３伝送線路と前記第４伝送線路との間に設けられた第２供給部とを含み、
   　前記第１伝送線路は、前記第２伝送線路および前記第４伝送線路と同じ位相長を有し、
   　前記第３伝送線路は、前記第１伝送線路、第２伝送線路、第４伝送線路の各位相長と異なる位相長を有する、マイクロ波処理装置。
2. 　前記第３伝送線路が、前記第１伝送線路の位相長と１８０度±１０％異なる位相長を有する、請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
3. 　前記伝送線路群が、前記第１分岐部と前記第１アンテナとを接続する第５伝送線路と、前記第２分岐部と前記第２アンテナとを接続する第６伝送線路と、をさらに備えた、請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
4. 　前記伝送線路群がマイクロストリップ線路で構成された、請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
5. 　前記伝送線路群が導波管で構成された、請求項１に記載のマイクロ波処理装置。

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