(57)【要約】【課題】加熱室の下方壁面に配置した加熱処理装置の簡素な構成でものづくり及びサービス性に優れた実装形態を提供する。【解決手段】部品載置板８をベースにしてパワーユニット１ａ〜１ｄ、駆動電源部２、中央集中統合部３、制御部４を固定一体ユニット化して、パワーユニット１ａ〜１ｄに設置された電力伝播軸２３ａ〜２３ｄを加熱室６に穿った孔に嵌合させ、部品載置板８をボディー２４の開口２５に取り付けた後、電力伝播軸２３ａ〜２３ｄに給電部５ａ〜５ｄを取り付ける構成とするため、ものづくりの簡素化、部品のハンドリングの容易さ、サービス性が飛躍的に改善される。【選択図】図３
2010250999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器の外装を形成するボディーと、前記ボディーに設けられた開口と、前記ボディーの内部に配置された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パワーユニットと、前記パワーユニットの出力を透過させ、前記パワーユニット方向に反射するマイクロ波電力と透過するマイクロ波電力を検出する方向性結合器と、前記方向性結合器からの透過と反射のマイクロ波電力を減衰させ直流電圧に変換する検波回路と、前記方向性結合器から透過してきたマイクロ波電力を前記加熱室内に放射する給電部と、前記検波回路の出力から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、前記加熱室下部に設けられた部品載置板を備え、前記加熱室を構成する一つの壁面に前記給電部を複数設け、複数設けた前記給電部を除く構成部品を前記加熱室下部に集約して前記部品載置板に実装し一つのユニット構成とした加熱処理装置。
【請求項２】
発振部と、電力分配部と、位相可変部とを共通ベース上に取り付け中央集中系統部としてユニット化する構成とした請求項１に記載の加熱処理装置。
【請求項３】
方向性結合器と、位相可変部をパワーユニット上に配置しユニット化する構成とした請求項１および２に記載の加熱処理装置。
【請求項４】
パワーユニットを四隅に配置しかつ給電部を前記パワーユニットの位置に対応した位置に配置する構成とした請求項１から３のいずれか１項に記載の加熱処理装置。
【請求項５】
前記間隔を複数有する構成とした請求項１から４のいずれか１項に記載の加熱処理装置。
【請求項６】
パワーユニット間の隙間に駆動電源部と、中央集中系統部と、パワーユニットと制御部を配置する構成とした請求項１から５のいずれか１項に記載の加熱処理装置。
【請求項７】
各構成部品を実装した部品載置板をボディー底面に取り付ける構成とした請求項１から６のいずれか１項に記載の加熱処理装置。
【請求項８】
パワーユニットに取り付けられた電力伝播軸を加熱室底面に穿った穴を貫通させて部品載置板を加熱室底面に取り付け、前記電力伝播軸に給電部を着脱可能に取り付ける構成とした請求項７記載の加熱処理装置。
【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加熱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った（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この従来のマイクロ波処理装置では、ものづくりが容易で生産性が高く、あわせてサービス性も高い構成を実現することは殆ど考慮されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭５２−１６６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、加熱室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、具体的構成の開示がなく、実現の可能性のみを示すものである。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、複数の給電部のそれぞれから放射されるマイクロ波を下方より放射するための具体的な構成、ものづくりに関してまで言及した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】
【０００７】
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、筐体外郭を構成するボディーと、ボディーの一部に設けられた開口と、ボディー内部に配置された加熱室と、加熱室を構成する一つの壁面に複数設けた給電部から放射する給電部を加熱室底面に配置する。
【０００８】
発振部と、電力分配部と、電力分配部の出力位相を可変する位相可変部と、電力分配部の出力をそれぞれ電力増幅するパワーユニットと、パワーユニットの出力を透過させ、パワーユニット方向に反射するマイクロ波電力と透過するマイクロ波電力を検出する方向性結合器と、方向性結合器からの透過と反射のマイクロ波電力を減衰させ直流電圧に変換する検波回路と、方向性結合器から透過してきたマイクロ波電力を加熱室内に放射する給電部と、検波回路の出力を処理しマイクロ波を制御する制御部とを備えている。
【０００９】
加熱室を構成する一つの壁面に給電部を複数設け、複数設けた前記給電部を除く構成部品を部品載置板上に配置、実装し一つのユニット部品構成し。それをボディーの開口に取り付け、加熱室底面に穿った孔から突出した電力伝播軸に給電部を取り付ける構成とした加熱処理装置を提供できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のマイクロ波処理装置によれば、構成部品を大括り化し、それをまた構成部品とし集約しシンプルな半完成ユニットにまとめあげ、それを簡単な作業で実装し作業性を大
幅に簡略化し、かつサービス性を向上させたマイクロ波処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における加熱処理装置のシステムブロック図
【図２】本発明の実施の形態１におけるパワーユニットの回路構成図
【図３】本発明の実施の形態１における加熱処理装置の要部概観組立斜視図
【図４】本発明の実施の形態１における機器の側面から見た部分断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、機器の外郭を構成するボディーと、ボディーに設けられた開口と、ボディー内部に配され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パワーユニットと、パワーユニットの出力を透過させ、パワーユニット方向に反射するマイクロ波電力と透過するマイクロ波電力を検出する方向性結合器と、方向性結合器からの透過と反射のマイクロ波電力を減衰させ直流電圧に変換する検波回路と、方向性結合器から透過してきたマイクロ波電力を加熱室内に放射する給電部と、検波回路の出力から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、ボディーの開口に取り付けられ加熱室下部に設けられた部品載置板を備え、加熱室を構成する一つの壁面に給電部を複数設け、複数設けた給電部を除く構成部品を加熱室下部に集約して部品載置板に実装し一つのユニット構成とすることによりものづくりの簡便性及びサービス性を大幅に改善することができる。
【００１３】
第２の発明は、発振部と、電力分配部と、位相可変部とを共通ベース上に取り付け中央集中系統部としてユニット化する構成とすることにより部品の大括りユニット化が実現し、ものづくりの簡便性及びサービス性を大幅に改善することができる。
【００１４】
第３の発明は、方向性結合器と、位相可変部をパワーユニット上に配置しユニット化する構成とすることにより部品の大括りユニット化が実現できものづくりの簡便性及びサービス性を大幅に改善することができる。
【００１５】
第４の発明は、パワーユニットを四隅に配置しかつ給電部該等間隔に配置する構成としたもので、複数の給電部が加熱室底面により広く分散させることが出来るため各給電部からの電磁波がお互いに干渉しやすくなり加熱室内の定在波をマイクロ波周波数や各給電部間の位相を変化させることによりダイナミックな変化を得ることができ加熱分布を自在に変化しやすくすることができる。
【００１６】
第５の発明は、パワーユニットを四隅に配置しかつ給電部該等間隔に配置しかつ前記間隔を複数有する構成としたもので、ここで示したユニットを標準部品化するためには様々なサイズの加熱室にも適応可能にしておく必要がある。従って、給電部の配置についても加熱室サイズに応じて給電部位置を選択できるようにし、それぞれの加熱室サイズに応じて最適な加熱分布が得られるように選択肢をもたせたものである。
【００１７】
第６の発明は、パワーユニット間の隙間に駆動電源部と、中央集中系統部と、パワーユニットと制御部を配置する構成としたものである。
【００１８】
第７の発明は、各構成部品を実装した部品載置板をボディー底面に取り付ける構成としたもので、完成したユニットを簡単なビス締めでほぼ完成状態に近づけることができものづくりの簡便性及びサービス性を大幅に改善することができる。
【００１９】
第８の発明は、パワーユニットに取り付けられた電力伝播軸を加熱室底面に穿った穴を貫通させて部品載置板をボディーの開口に取り付け加熱室底面に配し、前記電力伝播軸に給電部を着脱可能に取り付ける構成とすることにより、ユニット取り付け後、簡単なビス締め等で給電部を固定することができものづくりの簡便性及びサービス性を大幅に改善することができる。
【００２０】
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。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態における加熱処理装置の構成図である。
【００２２】
図１において、構成要素について説明する。発振部１２は２４００ＭＨｚ〜２５００ＭＨｚの帯域の元信号を発信する。電力分配部１３は発振部１２の出力を４分配する。位相可変部１１ａ〜１１ｄはそれぞれの電力分配部１３の出力の位相を制御する。パワーユニット１ａ〜１ｄは電力分配部１３からのマイクロ波電力を増幅する機能を有し半導体素子を用いて構成した。
【００２３】
電力分配部１３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かまわない。電力分配部１３によってパワーユニット１ａ〜１ｄには、発振部１２から入力されたマイクロ波電力の略１／４の電力が伝播される。
【００２４】
また、位相可変部１１ａ〜１１ｄ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１１ａ〜１１ｄ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。
【００２５】
ここまでの部品はマイクロ波帯の電力フローであるが、略１０Ｗ以下の比較的小電力を扱っているので、同一基板上に構成することが可能である。この部分を中央集中統合部３として１ユニット化すれば、部品点数の削減、ハンドリングの容易さとういうものづくりの効果が発揮されてくる。
【００２６】
例えば、発振部は比較的汎用的な部品としても取り扱われている領域で、ガラスエポキシを材料として用いたマイクロストリップ線路構成の基板として、電力分配器１３以降の回路は比較的扱う電力が大きくなってくるため、テフロン（登録商標）材料を用いたマイクロストリップ線路構成の基板とし、裏面はグランド箔なので、ベースとなる金属ベース板に半田付け等で一体化することも１ユニット化の手段として考えられる。
【００２７】
また、扱う電力が比較的低くできれば、ガラスエポキシ基板で１枚基板化ということも考えられる。
【００２８】
方向性結合器１９ａ〜１９ｂは、パワーユニット１ａ〜１ｄの出力を透過するとともに、検波回路に透過波電力と反射波電力の一部を送出する。検波回路２０は、パワーユニット方向に反射するマイクロ波電力と透過するマイクロ波電力を減衰、検波、平滑して直流電圧として検出する（透過電力をＰｆ、反射電力をＰｒとする）。その信号は制御部４に送出される。検波回路２０についてはまた別図面で後述する。
【００２９】
給電部５ａ〜５ｄは、パワーユニット１ａ〜１ｄで増幅されたマイクロ波出力を加熱室
内に放射する。制御部４は、検波回路２０によって検出されるＰｆ、Ｐｒに応じて、発振部１２の発振周波数と位相可変部１１ａ〜１１ｄの位相量を制御する。駆動電源部２はＰＦＣ機能付絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータからなりパワーユニット１ａ〜１ｄに電圧（Ｖｄｄ、ＧＮＤ）を供給する。
【００３０】
制御部４は、使用者が直接入力する被加熱物の加熱条件や被加熱物の配置位置を検出する位置検出手段から得られる負荷情報、あるいは、加熱中に被加熱物の加熱処理の進捗状態を検出する処理状態検出手段から得られる加熱情報と、検波回路２０の反射電力情報に基づいて、マイクロ波発生部の構成要素である発振部１２とパワーユニット１ａ〜１ｄのそれぞれに供給する駆動電力の制御、位相可変部１１ａ〜１１ｄに供給する電圧の制御で放射するマイクロ波の励振電界の向きを制御し、加熱室６内に収納された被加熱物を最適に加熱する。
【００３１】
また、図３及び図４を用い詳細は後述するが、本発明の加熱処理装置は、被加熱物を収納する略直方体構造からなるボディー２４とその内部に配された同じく略直方体構造からなる加熱室６を有し、加熱室６は金属材料からなる壁面および被加熱物（不図示）を収納するために開閉する開閉扉（不図示）と、被加熱物を載置する載置台７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。
【００３２】
そして、パワーユニット１ａ〜１ｄで発生したマイクロ波出力が伝播され、加熱室６内に放射供給する４ヶ所の給電部５ａ〜５ｄは、加熱室６の底壁面においてパワーユニット１ａ〜１ｄの位置に対応した位置に配置されている。４ヶ所の給電部１ａ〜１ｄから放射されるマイクロ波出力によって被加熱物は加熱される。
【００３３】
次に、パワーユニット１ａ〜１ｄについて図２を用いて説明する。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ている。電力分配部１３から出力された微弱なマイクロ波出力は、各増幅部（プリアンプａ１４、プリアンプｂ１５、プリアンプｃ１６）で増幅させ、十数Ｗの電力まで増幅される。この部分をドライバー段２１と称している。
【００３４】
出力段２２は大きな入力電力を増幅するため、かなり大きな半導体チップを有する増幅素子が必要となり、ファイナルアンプａ１７とファイナルアンプｂ１８の並列接続で略１０ｄＢのゲインを必要とする。ここでは出力段２２がその機能を司る。マイクロ波パワー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。
【００３５】
パワーユニット１ａ〜１ｄの出力は方向性結合器１９によって透過する。パワーユニット１ａ〜１ｄ方向への反射も、当然マイクロ波帯の回路なので存在する。検波回路２０は減衰器と検波ダイオードと平滑用コンデンサ等からなり、その透過電力と反射電力の一部が入射し減衰器で低電圧に低下させ、検波素子と平滑回路で制御部４が検出可能な直流低電圧に変換しＰｒ、Ｐｆを得る。
【００３６】
当然、回路パターン設計を巧に行えば、方向性結合器１９ａ〜１９ｄ及び検波回路２０はパワーユニット１ａ〜１ｄに取り込むことも可能で、それを実現すれば回路を統合化して総ユニット数を減らすことが可能でものづくり面では簡略化が図れる。
【００３７】
以上のように構成された加熱処理装置について、以下その作用、効果を説明する。図３は本加熱処理装置の一例を示す構成斜視図である。
【００３８】
ここで、構成部品は、全て外郭を構成するボディー２４の内部に配された加熱室６の底
面に配置されている。ここでのポイントは、配置ベースと外装を兼ねた部品載置板８の上に、パワーユニット１ａ〜１ｄ、駆動電源部２、中央集中統合部３、制御部４が全て固定取り付けされ、１ユニット化されている。この状態でハンドリング可能である。
【００３９】
部品載置板８は、マイクロ波電力が全て電力伝播軸２３ａ〜２３ｄで加熱室６内に伝播されるため、機外への電波漏洩の配慮は不要であるので、樹脂を選択しても金属を選択しても自由である。
【００４０】
ものづくりのイメージとしては、部品載置板８の上に、パワーユニット１ａ〜１ｄ、駆動電源部２、中央集中統合部３、制御部４を取り付け一体化する。この作業をサブラインで事前に組立て、メインラインに供給し、メインラインでは、この一体化ユニットを取り付けビス９でボディー２４の底面部の開口２５に締結する。
【００４１】
予め加熱室６に穿った電力伝播軸２３ａ〜２３ｄ挿入用の孔に嵌合させて取り付けビス９で締結したのち、金属平板からなるアンテナ機能を有する給電部５ａ〜５ｄの突端に形成した孔にビス締めする固定も考えられる。なお、この事例は固定方法を限定するものではない。
【００４２】
図４を用いてさらに実装の詳細を説明する。この図は機器の一部の側面からの部分断面図である。ボディー２４の内部に加熱室６が配されている。パワーユニット１（１ａ〜１ｄ）、制御部４は勿論のこと、駆動電源部２、中央集中系統部３も全て部品載置板８の上に配置され、この状態でハンドリング可能である。
【００４３】
ボディー２４の底面には、開口２５を利用してボディー２４に取付けビス９で固定し取り付けられている。加熱室６の底面には、電力伝播軸２３を通す孔が穿ってあり、そこを貫通して電力伝播軸２３を嵌合することによって、各部品が載置された部品載置板８は円滑にボディー２４に取り付けられる構成になっている。
【００４４】
ここでは、部品載置板８のボディー２４の開口２５への取り付けは取付けビス９での締結であるが、サービス性を一部無視すれば溶接等の取り付けも考えられ、ここの事例は締結法を限定するものではない。
【００４５】
またビスの場合はボディー２４を外すことなく、これらのビスを外すだけで一体化したユニット、即ち全ての部品が取り出せるためサービス性は極めて良好となることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、本発明にかかる加熱処理装置は、加熱室を構成する一つの壁面に複数設けた給電部にて反射するマイクロ波電力が最小となる周波数で加熱処理することができるので、電子レンジで代表されるような誘電加熱を利用した加熱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。
【符号の説明】
【００４７】
１ａ〜１ｄ  パワーユニット
５ａ〜５ｄ  給電部
６  加熱室
８  部品載置板
１１ａ〜１１ｄ  位相可変部
１９ａ〜１９ｄ  方向性結合器
１２  発振部
１３  電力分配部
２０  検波回路
２４  ボディー
２５  開口
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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