トップ :: H 電気 :: H05 他に分類されない電気技術




【発明の名称】 マイクロ波放射装置
【発明者】 【氏名】山下 正照

【氏名】小谷 一
【要約】 【課題】低コストに製作することができると共に、高放射出力を得ることが可能なマイクロ波放射装置を提供すること。

【構成】複数個のマイクロ波発生源と、始端がマイクロ波発生源に連結され、かつ終端が１点に集合するように配置された複数本のマイクロ波導波管と、複数本のマイクロ波導波管の集合点にあって、各マイクロ波導波管の終端から放出されるマイクロ波を集合して外部空間へと放出するマイクロ波放射器とを具備する、ことを特徴とするマイクロ波放射装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のマイクロ波発生源と、
始端がマイクロ波発生源に連結され、かつ終端が１点に集合するように配置された複数本のマイクロ波導波管と、
複数本のマイクロ波導波管の集合点にあって、各マイクロ波導波管の終端から放出されるマイクロ波を集合して外部空間へと放出するマイクロ波放射器とを具備する、ことを特徴とするマイクロ波放射装置。
【請求項２】
マイクロ波放射器が、
前面が外部空間へと開放され、かつ背面及び周側面が閉ざされたマイクロ波混合室を有すると共に、
このマイクロ波混合室の周側面壁には、各マイクロ波導波管の終端に相当するマイクロ波放出口が、相互対向を回避するように位置決めした上で開口形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波放射装置。
【請求項３】
マイクロ波混合室の背面壁の中央部には、周側面壁に開口された各マイクロ波放出口から放出されるマイクロ波の進行方向を外部空間側へと曲げるための反射体が存在する、ことを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波放射装置。
【請求項４】
マイクロ波混合室は正面視円形、背面壁面は平坦、かつ反射体は椀状体である、ことを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波放射装置。
【請求項５】
三次元空間を構成する直交３軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸としたとき、複数本のマイクロ波導波管の全て及びマイクロ波放射器は同一のＸＹ平面上に配置されると共に、マイクロ波放射器から外部空間へ放出されるマイクロ波はＺ軸方向へと放出される、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロ波放射装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
この発明は、高周波誘電加熱等の用途に好適な比較的に大出力のマイクロ波放射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高周波誘電加熱による木材の乾燥、食品の加工、半導体プロセスにおけるスパッタリングや蒸着等の用途には、比較的に大出力のマイクロ波放射装置が採用されている。このようなマイクロ波放射装置に使用されるマイクロ波発生源としては、マグネトロンが使用されるのが通例である（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２５０６７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この種のマイクロ波発生源は、定格出力がある値を超えると、その価格が急激に上昇することに加えて、周辺制御回路の設計も複雑となりがちであり、その結果、マイクロ波放射装置全体のコストアップが招来される。
【０００４】
このような背景下にあって、本発明者等は、比較的に廉価な小出力のマイクロ波発生源の出力を複数台合成すれば、高価な１台のマイクロ波発生源を使用するよりも、マイクロ波放射装置の全体を廉価に製作できるとの着想を得た。
【０００５】
しかしながら、上記の着想の下に試作を重ねたところ、複数台のマイクロ波発生源から発生するマイクロ波を、それぞれ専用の導波管を介して１本の共通導波管に合流させたのち、合流後の１本の共通導波管を経由してマイクロ波放射器へと導き、最終的にマイクロ波放射器から外部空間へと放射すると言う構成を採用すると、合流点におけるマイクロ波の反射により、マイクロ波放射器から十分な強さの放射出力を得ることができないとの問題点が知見された。
【０００６】
この発明は、このような技術的背景下になされたものであり、その目的とするところは、低コストに製作することができると共に、高放射出力を得ることが可能なマイクロ波放射装置を提供することにある。
【０００７】
この発明のさらに他の目的並びに作用効果は、明細書の以下の記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本願の発明者等は、次のような構成を有するマイクロ波放射装置を提案する。
【０００９】
すなわち、このマイクロ波放射装置は、複数個のマイクロ波発生源と、始端がマイクロ波発生源に連結され、かつ終端が１点に集合するように配置された複数本のマイクロ波導波管と、複数本のマイクロ波導波管の集合点にあって、各マイクロ波導波管の終端から放出されるマイクロ波を集合して外部空間へと放出するマイクロ波放射器とを具備することを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、複数本のマイクロ波導波管の集合点にマイクロ波放射器を配置したことにより、各マイクロ波発生源から共通のマイクロ波放射器へ至る間におけるマイクロ波の反射・減衰が軽減され、結果として、マイクロ波放射器から十分な強度のマイクロ波放射出力を得ることが可能となった。
【００１１】
このとき、マイクロ波放射器が、前面が外部空間へと開放され、かつ背面及び周側面が閉ざされたマイクロ波混合室を有するものであってもよい。このマイクロ波混合室の周側面壁には、各マイクロ波導波管の終端に相当するマイクロ波放出口が、相互対向を回避するように位置決めした上で開口形成されている。
【００１２】
このような構成によれば、各導波管の終端における反射を軽減しつつも、各終端から放出されるマイクロ波を同一の方向へと指向させることにより、比較的一様な強度分布を有するマイクロ波放射出力を得ることができる。
【００１３】
また、マイクロ波混合室の背面壁の中央部には、周側面壁に開口された各マイクロ波放出口から放出されるマイクロ波の進行方向を外部空間側へと曲げるための反射体が存在してもよい。このような構成によれば、反射体の作用とも相まって、マイクロ波出力の指向性乃至強度分布の一様性を高めることができる。
【００１４】
また、マイクロ波混合室は正面視円形、背面壁面は平坦、かつ反射体は椀状体であってもよい。このような構成によれば、マイクロ波混合室は円周に沿って周側壁を有することとなるため、各導波管の終端から放出されるマイクロ波は周側壁面、背面壁面、反射体のいずれに対しても同一の条件で影響を受けることとなり、マイクロ波出力の指向性乃至強度分布の一様性を一層高めることができる。
【００１５】
また、三次元空間を構成する直交３軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸としたとき、複数本のマイクロ波導波管の全て及びマイクロ波放射器は同一のＸＹ平面上に配置されると共に、マイクロ波放射器から外部空間へ放出されるマイクロ波はＺ軸方向へと放出されるものであってもよい。このような構成によれば、装置全体の薄型化が可能となり、様々な装置への組み込みが容易となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、低コストに製作することができると共に、高放射出力を得ることが可能なマイクロ波放射装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、この発明に係るマイクロ波放射装置の好適な実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
本願のマイクロ波放射装置の基本構成が図１に示されている。同図において、ＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３はマイクロ波発生源（例えばマグネトロンなど）、ＷＧ１，ＷＧ２，ＷＧ３は導波管、ＭＨはマイクロ波放射器、ＭＷはマイクロ波である。
【００１９】
図から明らかなように、本発明のマイクロ波放射装置には、複数個のマイクロ波発生源ＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３と、マイクロ波発生源に連結された複数本のマイクロ波導波管ＷＧ１，ＷＧ２，ＷＧ３と、マイクロ波放射器ＭＨとが含まれている。ここでマイクロ波導波管ＷＧ１，ＷＧ２，ＷＧ３は、始端がマイクロ波発生源ＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３に連結され、かつ終端が１点に集合するように配置されている。またマイクロ波放射器ＭＨは、複数本のマイクロ波導波管ＷＧ１，ＷＧ２，ＷＧ３の集合点にあって、各マイクロ波導波管の終端から放出されるマイクロ波を集合しマイクロ波出力ＭＷとして外部空間へと放出するものである。
【００２０】
次に、マイクロ波放射器及び周辺構造を示す斜視図（その１）が図２に示されている。この例にあっては、マイクロ波放射器ＭＨは、正面視正方形で導波管の厚み相当の奥行きを有する直方体状のマイクロ波混合室１０を有する。
【００２１】
このマイクロ波混合室１０の背面側は背面壁１０ａにより閉ざされ、左側面側並びに下面側については、左側面壁１０ｂ、下面壁１０ｃにより閉ざされている。一方、上面側及び右側面側については、第１の導波管ＷＧ１及び第２の導波管ＷＧ２の放出口に相当する上面開口１０ｄ及び右側面開口１０ｅとされている。
【００２２】
以上の構成によれば、２個のマイクロ波発生源ＭＧ１，ＭＧ２から生成されたマイクロ波ＭＷ１，ＭＷ２は、２本のマイクロ波導波管ＷＧ１，ＷＧ２のそれぞれにより案内されてマイクロ波混合室１０へと導かれる。ここで、第１の導波管ＷＧ１のマイクロ波放出口並びに第２の導波管ＷＧ２のマイクロ波放出口からマイクロ波混合室１０内へと放出されるマイクロ波は、背面壁１０ａ並びに対向する左側面壁１０ｂ又は下面壁１０ｃに案内されて、図中Ｚ軸方向へと向きを変え、外部空間へと放出される。このとき、各導波管を戻る反射波はマイクロ波混合室１０の構造に起因して低減される。
【００２３】
このときのマイクロ波反射波の逆流する割合を導波管別に示すグラフ（その１）が図３に示されている。同図において、縦軸は反射成分の割合、横軸は導入したマイクロ波の周波数、ａは第１の導波管ＷＧ１から放射されたのち第１の導波管ＷＧ１に戻される反射成分、ｂは第２の導波管ＷＧ２から放射されたのち第１の導波管ＷＧ１へ侵入する反射成分、ｃは第１の導波管ＷＧ１から放射されたのち第２の導波管ＷＧ２へ侵入する反射成分、ｄは第２の導波管ＷＧ２から放射されたのち第２の導波管ＷＧ２に戻される反射成分である。なお、図においては、グラフが２本しかないように見えるが、ａとｄ、ｂとｃがそれぞれまったく同じ傾向を示した為に、線が重なったものである。
【００２４】
すなわち、図のグラフから明らかなように、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入した際に第１の導波管ＷＧ１から放射されたのち第１の導波管ＷＧ１に戻される反射成分ａはおよそ０．１８、第２の導波管ＷＧ２から放射されたのち第１の導波管ＷＧ１へ侵入する反射成分ｂはおよそ０．７０、第１の導波管ＷＧ１から放射されたのち第２の導波管ＷＧ２へ侵入する反射成分ｃはおよそ０．７０、第２の導波管ＷＧ２から放射されたのち第２の導波管ＷＧ２に戻される反射成分ｄはおよそ０．１８となる。ここで、縦軸の数値の二乗が導入したマイクロ波に対する反射率（％）を意味している。このことからも明らかなように、このようなマイクロ波放射器の構造によれば、外部空間へとマイクロ波を効率よく放射することができる。
【００２５】
次に、マイクロ波放射器及び周辺構造の他の例が図４に示されている。この例にあっては、マイクロ波放射器ＭＨは、正面視円形で導波管の厚み相当の奥行きを有する椀状のマイクロ波混合室１０を有する。
【００２６】
このマイクロ波混合室１０の背面側は背面壁１０ａにより閉ざされ、左側面側から下面側にかけては、環状周壁１０ｆにより閉ざされている。一方、上面側及び右側面側については、第１の導波管ＷＧ１及び第２の導波管ＷＧ２の放出口に相当する上面開口１０ｇ及び右側面開口１０ｈとされている。
【００２７】
以上の構成によれば、２個のマイクロ波発生源ＭＧ１，ＭＧ２から生成されたマイクロ波ＭＷ１，ＭＷ２は、２本のマイクロ波導波管ＷＧ１，ＷＧ２のそれぞれにより案内されてマイクロ波混合室１０へと導かれる。ここで、第１の導波管ＷＧ１のマイクロ波放出口並びに第２の導波管ＷＧ２のマイクロ波放出口からマイクロ波混合室１０内へと放出されるマイクロ波は、背面壁１０ａ並びに環状周壁１０ｆに案内されて、図中Ｚ軸方向へと向きを変え、外部空間へと放出される。このとき、各導波管を戻る反射波は、マイクロ波混合室１０の構造に起因して低減される。
【００２８】
このときのマイクロ波反射波の逆流する割合を導波管別に示すグラフ（その２）が図５に示されている。同図において、縦軸は反射成分の割合、横軸は導入したマイクロ波の周波数、ａは第１の導波管ＷＧ１から放射されたのち第１の導波管ＷＧ１に戻される反射成分、ｂは第２の導波管ＷＧ２から放射されたのち第１の導波管ＷＧ１へ侵入する反射成分、ｃは第１の導波管ＷＧ１から放射されたのち第２の導波管ＷＧ２へ侵入する反射成分、ｄは第２の導波管ＷＧ２から放射されたのち第２の導波管ＷＧ２に戻される反射成分である。なお、図においては、グラフが２本しかないように見えるが、ａとｄ、ｂとｃがそれぞれまったく同じ傾向を示した為に、線が重なったものである。
【００２９】
すなわち、図のグラフから明らかなように、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入した際に第１の導波管ＷＧ１から放射されたのち第１の導波管ＷＧ１に戻される反射成分ａはおよそ０．１８、第２の導波管ＷＧ２から放射されたのち第１の導波管ＷＧ１へ侵入する反射成分ｂはおよそ０．０８、第１の導波管ＷＧ１から放射されたのち第２の導波管ＷＧ２へ侵入する反射成分ｃはおよそ０．０８、第２の導波管ＷＧ２から放射されたのち第２の導波管ＷＧ２に戻される反射成分ｄはおよそ０．１８となる。ここで、縦軸の数値の二乗が導入したマイクロ波に対する反射率（％）を意味している。このことからも明らかなように、図４の構造によれば、図２の例よりも反射成分が少なく、より効率的に外部空間へとマイクロ波を放射することができる。
【００３０】
次に、マイクロ波放射器及び周辺構造の更に他の例が図６に示されている。この例にあっては、マイクロ波放射器ＭＨは、正面視円形で導波管の厚み相当の奥行きを有する椀状のマイクロ波混合室１０を有する。
【００３１】
このマイクロ波混合室１０の背面側は背面壁１０ａにより閉ざされ、背面壁１０ａにはＺ軸方向に盛り上がった半球状の椀状反射体１０ｉが設けられている。また、背面壁１０ａの左側面側から下面側にかけては、環状周壁１０ｆにより閉ざされている。一方、上面側及び右側面側については、第１の導波管ＷＧ１及び第２の導波管ＷＧ２の放出口に相当する上面開口１０ｇ及び右側面開口１０ｈとされている。
【００３２】
以上の構成によれば、２個のマイクロ波発生源から生成されたマイクロ波ＭＷ１，ＭＷ２は、２本のマイクロ波導波管ＷＧ１，ＷＧ２のそれぞれにより案内されてマイクロ波混合室１０へと導かれる。ここで、第１の導波管ＷＧ１のマイクロ波放出口並びに第２の導波管ＷＧ２のマイクロ波放出口からマイクロ波混合室１０内へと放出されるマイクロ波は、背面壁１０ａ及び背面壁１０ａに設けられた椀状反射体１０ｉ、及び環状周壁１０ｆに案内されて、図中Ｚ軸方向へと向きを変え、外部空間へと放出される。このとき、各導波管を戻る反射波は、マイクロ波混合室１０の構造に起因して低減される。
【００３３】
このときのマイクロ波反射波の逆流する割合を導波管別に示すグラフ（その３）が図７に示されている。同図において、縦軸は反射成分の割合、横軸は導入したマイクロ波の周波数、ａは第１の導波管ＷＧ１から放射されたのち第１の導波管ＷＧ１に戻される反射成分、ｂは第２の導波管ＷＧ２から放射されたのち第１の導波管ＷＧ１へ侵入する反射成分、ｃは第１の導波管ＷＧ１から放射されたのち第２の導波管ＷＧ２へ侵入する反射成分、ｄは第２の導波管ＷＧ２から放射されたのち第２の導波管ＷＧ２に戻される反射成分である。なお、図においてはグラフが２本しかないように見えるが、ａとｄ、ｂとｃがそれぞれまったく同じ傾向を示した為に、線が重なったものである。
【００３４】
すなわち、図のグラフから明らかなように、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入した際に第１の導波管ＷＧ１から放射されたのち第１の導波管ＷＧ１に戻される反射成分ａはおよそ０．０２、第２の導波管ＷＧ２から放射されたのち第１の導波管ＷＧ１へ侵入する反射成分ｂはおよそ０．０５、第１の導波管ＷＧ１から放射されたのち第２の導波管ＷＧ２へ侵入する反射成分ｃはおよそ０．０５、第２の導波管ＷＧ２から放射されたのち第２の導波管ＷＧ２に戻される反射成分ｄはおよそ０．０２となる。ここで、縦軸の数値の二乗が導入したマイクロ波に対する反射率（％）を意味している。このことからも明らかなように、図６の構造によれば、図２，４の例よりも反射成分が少なく、より効率的に外部空間へとマイクロ波を放射することができる。
【００３５】
次に、マイクロ波放射器及び周辺構造の更に他の例が図８に示されている。この例にあっては、マイクロ波放射器ＭＨは、正面視円形で導波管の厚み相当の奥行きを有する椀状のマイクロ波混合室１０を有する。
【００３６】
このマイクロ波混合室１０の背面側は背面壁１０ａにより閉ざされ、背面壁１０ａにはＺ軸方向に盛り上がった半球状の椀状反射体１０ｉが設けられている。また、背面壁１０ａの左側面側から右側面側にかけては、環状周壁１０ｆにより閉ざされている。一方、左上面側、上面側、右上面側については、第１の導波管ＷＧ１、第２の導波管ＷＧ２、第３の導波管ＷＧ３の放出口に相当する左上開口１０ｋ、上部開口１０ｊ、右上開口１０ｌとされている。
【００３７】
以上の構成によれば、３個のマイクロ波発生源から生成されたマイクロ波ＭＷ１，ＭＷ２，ＭＷ３は、３本のマイクロ波導波管ＷＧ１，ＷＧ２，ＷＧ３のそれぞれにより案内されてマイクロ波混合室１０へと導かれる。ここで、第１の導波管ＷＧ１のマイクロ波放出口１０ｋ、第２の導波管ＷＧ２のマイクロ波放出口１０ｊ、第３の導波管ＷＧ３のマイクロ波放出口１０ｌからマイクロ波混合室１０内へと放出されるマイクロ波は、背面壁１０ａ及び背面壁１０ａに設けられた椀状放射対１０ｉ、及び環状周壁１０ｆに案内されて、図中Ｚ軸方向へと向きを変え、外部空間へと放出される。このとき、各導波管を戻る反射波は、マイクロ波混合室１０の構造に起因して低減される。
【００３８】
次に、マイクロ波放射器及び周辺構造の更に他の例が図９に示されている。この例にあっては、マイクロ波放射器ＭＨは、正面視円形で導波管の厚み相当の奥行きを有する椀状のマイクロ波混合室１０を有する。
【００３９】
このマイクロ波混合室１０の背面側は背面壁１０ａにより閉ざされ、背面壁１０ａにはＺ軸方向に盛り上がった半球状の椀状反射体１０ｉが設けられている。また、背面壁１０ａの縁に沿って設けられた環状周壁１０ｆにより後述の各開口部以外の側面部は閉ざされている。一方、左上面側、上面側、右上面側、左下面側、右下面側の側面については、それぞれ第１の導波管ＷＧ１、第２の導波管ＷＧ２、第３の導波管ＷＧ３、第４の導波管ＷＧ４、第５の導波管ＷＧ５の放出口に相当する左上開口１０ｋ、上部開口１０ｊ、右上開口１０ｌ、左下開口１０ｍ、右下開口１０ｎとされている。
【００４０】
以上の構成によれば、５個のマイクロ波発生源から生成されたマイクロ波ＭＷ１，ＭＷ２，ＭＷ３，ＭＷ４，ＭＷ５は、５本のマイクロ波導波管ＷＧ１，ＷＧ２，ＷＧ３，ＷＧ４，ＷＧ５のそれぞれにより案内されてマイクロ波混合室１０へと導かれる。ここで、第１の導波管ＷＧ１のマイクロ波放出口１０ｋ、第２の導波管ＷＧ２のマイクロ波放出口１０ｊ、第３の導波管ＷＧ３のマイクロ波放出口１０ｌ、第４の導波管ＷＧ４のマイクロ波放出口１０ｍ、第５の導波管ＷＧ５のマイクロ波放出口１０ｎからマイクロ波混合室１０内へと放出されるマイクロ波は、背面壁１０ａ及び背面壁１０ａに設けられた椀状放射対１０ｉ、及び環状周壁１０ｆに案内されて、図中Ｚ軸方向へと向きを変え、外部空間へと放出される。このとき、各導波管を戻る反射波は、マイクロ波混合室１０の構造に起因して低減される。
【００４１】
次に、本願のマイクロ波放射装置の製作例（背面図）が図１０に示されている。図１０に示された例は図６の構造例の背面にあたり、同図において、ＭＧ１，Ｍ２はマイクロ波発生源、ＷＧ１，ＷＧ２はマイクロ波導波管、ＭＨはマイクロ波放射器、１０ａは背面壁、１０ｆは環状周壁、１０ｉは椀状反射体である。
【００４２】
マイクロ波発生源ＭＧ１，ＭＧ２で発生したマイクロ波は、それぞれマイクロ波導波管ＷＧ１，ＷＧ２を通りマイクロ波放射器ＭＨに導かれ、図の背面方向の外部空間へと放出されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明によれば、低コストに製作することができると共に、高放射出力を得ることが可能なマイクロ波放射装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本願のマイクロ波放射装置の基本構成を示す図である。
【図２】マイクロ波放射器及び周辺構造を示す斜視図（その１）である。
【図３】マイクロ波反射波の逆流する割合を導波管別に示すグラフ（その１）である。
【図４】マイクロ波放射器及び周辺構造を示す斜視図（その２）である。
【図５】マイクロ波反射波の逆流する割合を導波管別に示すグラフ（その２）である。
【図６】マイクロ波放射器及び周辺構造を示す斜視図（その３）である。
【図７】マイクロ波反射波の逆流する割合を導波管別に示すグラフ（その３）である。
【図８】マイクロ波放射器及び周辺構造を示す斜視図（その４）である。
【図９】マイクロ波放射器及び周辺構造を示す斜視図（その５）である。
【図１０】本発明装置の製作例を示す図（背面図）である。
【符号の説明】
【００４５】
ＭＧ１〜５ マイクロ波発生源
ＷＧ１〜５ 導波管
ＭＨ マイクロ波放射器
ＭＷ マイクロ波出力
ＭＷ１〜５ マイクロ波入力
１０ マイクロ波混合室
１０ａ 背面壁
１０ｂ 左側面壁
１０ｃ 下面壁
１０ｆ 環状周壁
１０ｉ 椀状反射体
１０ｄ，１０ｅ，１０ｇ，１０ｈ，１０ｋ，１０ｊ，１０ｌ，１０ｍ，１０ｎ 開口部
【出願人】 【識別番号】５０３００５３３１
【氏名又は名称】セルテック・プロジェクト・マネージメント株式会社
【出願日】 平成１８年６月２１日（２００６．６．２１）
【代理人】 【識別番号】１０００９８８９９
【弁理士】
【氏名又は名称】飯塚 信市
【公開番号】 特開２００８−４３３１（Ｐ２００８−４３３１Ａ）
【公開日】 平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【出願番号】 特願２００６−１７１０９６（Ｐ２００６−１７１０９６）