(57)【要約】【課題】本発明は、ヒータを併用する複合加熱方式のマイクロ波加熱炉において、ヒータの貫通部やヒータを伝播して発生するマイクロ波の漏洩を確実に防止するマイクロ波漏洩防止手段を有するマイクロ波加熱炉を提供することを課題とする。【解決手段】本発明のマイクロ波加熱炉は、金属からなる炉殻１２と、断熱材１４で区画され被加熱物を収容する加熱室１６と、被加熱物を加熱するマイクロ波加熱手段１８と加熱室内の温度を制御するヒータ加熱手段２０とを備えるマイクロ波加熱炉であって、ヒータ加熱手段２０の炉殻を貫通するヒータ電極周辺からのマイクロ波の漏洩を防止するマイクロ波漏洩防止手段３６を、ヒータ電極３０に設けた第１のマイクロ波漏洩防止機構３８と、この第１のマイクロ波漏洩防止機構を収容する筺体４０と、筺体４０を貫通し一端をヒータ電極に他端をヒータ電源に接続する導電体４２に設けた第２のマイクロ波漏洩防止機構４４とで構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなる炉殻と、断熱材で区画され被加熱物を収容する加熱室と、被加熱物を加熱するマイクロ波加熱手段と前記加熱室内の温度を制御するヒータ加熱手段とを備えるマイクロ波加熱炉であって、
前記ヒータ加熱手段の前記炉殻を貫通するヒータ電極周辺からのマイクロ波の漏洩を防止するマイクロ波漏洩防止手段を、
前記ヒータ電極に設けた第１のマイクロ波漏洩防止機構と、
該第１のマイクロ波漏洩防止機構を収容する筺体と、
該筺体を貫通し一端を前記ヒータ電極に他端をヒータ電源に接続する導電体に設けた第２のマイクロ波漏洩防止機構と、で構成することを特徴とするマイクロ波加熱炉。
【請求項２】
前記第１のマイクロ波漏洩防止機構は、前記炉殻の貫通孔と前記ヒータ電極との隙間から漏洩するマイクロ波を遮蔽するマイクロ波遮蔽部と、マイクロ波を吸収するマイクロ波吸収部とを備える請求項１に記載のマイクロ波加熱炉。
【請求項３】
前記第２のマイクロ波漏洩防止機構は、前記筺体の貫通孔と前記導電体との隙間から漏洩するマイクロ波を遮蔽するマイクロ波遮蔽部と、マイクロ波を吸収するマイクロ波吸収部とを備える請求項１に記載のマイクロ波加熱炉。
【請求項４】
前記マイクロ波吸収部は、前記ヒータ電極または導電体に嵌挿したフェライトリングを有する請求項２または３に記載のマイクロ波加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ波加熱炉に関し、より詳しくは、少なくとも加熱源がマイクロ波加熱とヒータ加熱とを備え、ヒータの取付部にマイクロ波漏洩防止機構を有するマイクロ波加熱炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
被加熱物である誘電体をマイクロ波で加熱すると、被加熱物を表面からのみでなくその内部からも同時に加熱することができる。しかし、通常は加熱処理時のマイクロ波加熱炉の炉内温度は、被加熱物の表面温度よりもかなり低いため、被加熱物の表面から熱が放射され、結果的に被加熱物の中心部と表面部との間に温度差を生じる。このため被加熱物は変形したりクラックなどの欠陥が発生しやすい。
【０００３】
また、マイクロ波の特性として、加熱温度が高くなるにしたがって誘電体のマイクロ波吸収率が大きくなる。従って、被加熱物に部位による温度差が生じると、温度の高い部位のマイクロ波吸収率が高くなるので、その部位の温度はさらに高くなる。このように、一旦被加熱物に部位による温度差が生じると、マイクロ波加熱を施すことによってさらに部位間の温度差が拡大されることになり、これによってクラックなどの欠陥がさらに発生しやすくなる。
【０００４】
また、誘電体の誘電損は温度が低ければ小さく、マイクロ波吸収効率は低い。このため、従来のマイクロ波加熱炉においては、常温で誘電損が小さいセラミックスの主材料であるアルミナやシリカなどを加熱する場合には、特に低温域でのマイクロ波加熱によるエネルギ効率が悪いという問題点を有していた。
【０００５】
これらの問題を解決するために、加熱源としてマイクロ波加熱に加え電熱ヒータを有しヒータによる輻射熱や対流熱によってマイクロ波加熱時の被加熱物の各部分の温度勾配を小さくなるように制御したり、まずヒータで予熱してからマイクロ波加熱するエネルギ効率の良好なマイクロ波加熱とヒータ加熱とを併用するマイクロ波加熱炉が開発されている（特許文献１参照）。
【０００６】
上記のようにマイクロ波加熱炉の加熱室内に電気ヒータを配設するためには、マイクロ波加熱炉の炉殻を貫通してヒータを設置しなければならない。このため炉内に照射されたマイクロ波が炉殻の貫通孔とヒータとの間に形成される隙間から外部へ漏洩したり、あるいは、ヒータ内部を伝播したマイクロ波が炉殻の外に突出したヒータ端部からアンテナ効果により外部へ漏洩する危険がある。
【０００７】
このようなヒータ周辺からのマイクロ波の漏洩を防止するために、図２に示すようなマイクロ波漏洩防止機構が知られている（特許文献２参照）。図２のマイクロ波漏洩防止機構５０は、炉殻５１に穿設された貫通孔５２にヒータ５３を挿通して固定し、炉殻との電気的な絶縁を図るとともに、マイクロ波の漏洩を防止するものである。
【０００８】
このマイクロ波漏洩防止機構５０は、電極５３に嵌着された筒体５４と、筒体５４を炉殻５１へ固定するとともにマイクロ波の漏洩を遮蔽する固定部Ａと、電極を筒体５４に固定するとともに、電極を伝播し電極端部５３ａから漏洩するマイクロ波を吸収するマイクロ波吸収部Ｂとから構成されている。
【０００９】
固定部Ａは、筒体５４に嵌挿した円形のセラミックススペーサ５５を有し、雲母板など耐熱性の絶縁材５６と真鍮など導電性の金属からなる円板５７が炉殻５１を軸として上下対称に配置され、それぞれ筒体５４に螺合する止めナット５８で炉殻５１を挟持するように形成されている。
【００１０】
また、マイクロ波吸収部Ｂは、側壁を有し下方に開放の締め付けナット５９と、電極５３に嵌入し締め付けナット５９の上面に当接するフェライトリング６１とからなり、締め付けナット５９は側壁内面を筒体５４の外側面に螺合することによって電極５３を筒体５４に固定するようになっている。
【００１１】
以上のマイクロ波漏洩防止機構５０は、以下のように作用する。ヒータ電極５３と炉殻５１の貫通孔５２とで形成される隙間は、上下の雲母板５６、真鍮板５７および止めナット５８によって閉塞されるので、この隙間からのマイクロ波の漏洩を防止することができる。また、ヒータ電極５３を伝播しアンテナ効果によってヒータの先端５３ａから外部へ漏洩されるマイクロ波は、マイクロ波吸収体であるフェライトリング６１によって吸収されフェライトリングの自己発熱に変換されて消滅する。このようにして、電極周辺からのマイクロ波の漏洩を防止することができる。
【００１２】
また、雲母板５６とセラミックススペーサ５５によってヒータ電極５３は炉殻５１と電気的に絶縁され、炉殻への漏電の危険を防止している。
【００１３】
この様なマイクロ波漏洩防止機構を設けることにより電極周辺における漏洩マイクロ波の電力密度を許容量の１０％以下にできるとしている。
【特許文献１】特開平６−３４５５４１号公報
【特許文献２】特表平９−５０１５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、電波法施行規則第４６条の７「電子レンジ技術条件」では、「器体の表面から５ｃｍ離れたあらゆる箇所において測定した漏洩電磁波の電力密度は、最悪条件でも５ｍＷ／ｃｍ2以下であること。」と規定されている。しかし、図３に示す上記のマイクロ波漏洩防止機構では、マイクロ波の出力を増加したり、あるいはヒータの温度を上昇させた場合などには、この基準を越えるおそれがあるために必ずしも満足のゆくものではなかった。
【００１５】
本発明は、この様な事情に鑑みてなされたもので、ヒータを併用する複合加熱方式のマイクロ波加熱炉において、ヒータの貫通部やヒータを伝播して発生するマイクロ波の漏洩を確実に防止するマイクロ波漏洩防止手段を備えるマイクロ波加熱炉を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
発明者らは、ヒータを併用するマイクロ波加熱炉において、炉殻から突出しているマイクロ波漏洩危険範囲をマイクロ波を反射する金属製のカバーで覆い、このカバーを貫通してヒータ電源に接続する導電部にさらに同様のマイクロ波漏洩防止機構を設ければ、外部へ漏洩するマイクロ波をほぼ完全に遮断することができることに着目し、鋭意実験の結果本発明を完成した。
【００１７】
すなわち、本発明のマイクロ波加熱炉は、金属からなる炉殻と、断熱材で区画され被加熱物を収容する加熱室と、被加熱物を加熱するマイクロ波加熱手段と加熱室内の温度を制御するヒータ加熱手段とを備えるマイクロ波加熱炉であって、
ヒータ加熱手段の前記炉殻を貫通するヒータ電極周辺からのマイクロ波の漏洩を防止するマイクロ波漏洩防止手段を、ヒータ電極に設けた第１のマイクロ波漏洩防止機構と、この第１のマイクロ波漏洩防止機構を収容する筺体と、筺体を貫通し一端をヒータ電極に他端をヒータ電源に接続する導電体に設けた第２のマイクロ波漏洩防止機構とで構成することを特徴とする。
【００１８】
本発明のマイクロ波加熱炉は、第１のマイクロ波漏洩防止機構によって低減された漏洩マイクロ波を、第１のマイクロ波漏洩防止機構をカバーする筺体内に閉じこめるとともに、ヒータ電極と電源とを接続するためにこの筺体を貫通して設けた導電体に第２のマイクロ波漏洩防止機構を設ける構成である。このため筺体の外部に漏洩するマイクロ波の電力密度を基準値よりも遙かに低く抑えることができる。
【００１９】
本発明のマイクロ波加熱炉において、第１のマイクロ波漏洩防止機構は、炉殻の貫通孔とヒータ電極との隙間から漏洩するマイクロ波を遮蔽するマイクロ波遮蔽部と、マイクロ波を吸収するマイクロ波吸収部とを備えることが望ましい。
【００２０】
第１のマイクロ波漏洩防止機構は、炉殻に穿設された貫通孔とヒータ電極との隙間から漏洩するマイクロ波をマイクロ波遮蔽部で遮蔽するとともに、ヒータ電極を伝播してアンテナ効果により電極端部から漏洩するマイクロ波をマイクロ波吸収体で吸収することができる。
【００２１】
また、本発明のマイクロ波加熱炉において、前記第２のマイクロ波漏洩防止機構は、前記筺体の貫通孔と前記導電体との隙間から漏洩するマイクロ波を遮蔽するマイクロ波遮蔽部と、マイクロ波を吸収するマイクロ波吸収部とを備えることが好ましい。
【００２２】
第２のマイクロ波漏洩防止機構は、筺体に穿設された貫通孔と導電体との隙間から漏洩したり、ヒータ電極の先端から漏洩したマイクロ波をマイクロ波遮蔽部でさらに遮蔽するとともに、導電体を伝播してアンテナ効果により導電体の端部から漏洩するマイクロ波をマイクロ波吸収体で吸収することができる。このため、筺体外部へのマイクロ波の漏洩をほとんど完全に防止することができる。
【００２３】
マイクロ波漏洩防止機構のマイクロ波吸収部には、ヒータ電極または導電体に嵌挿したフェライトリングを有することが好ましい。フェライトはマイクロ波を吸収して自己発熱するマイクロ波吸収体である。このフェライトをヒータ電極あるいは導電体に嵌挿することにより、それらを伝播するマイクロ波を吸収して端部からの漏洩を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下本発明を図示の実施例に基づいて説明する。図１は、本発明のマイクロ波加熱炉の断面模式図である。
【００２５】
本発明のマイクロ波加熱炉１０は、金属からなる炉殻１２と、断熱材１４で区画され被加熱物を収容する加熱室１６と、被加熱物を加熱するマイクロ波加熱手段１８と加熱室内の温度を制御するヒータ加熱手段２０とを備えている。
【００２６】
マイクロ波加熱手段２０は、マイクロ波発振器１８から加熱室１６内へマイクロ波を導く導波管２４と、導入されたマイクロ波を拡散させるスターラ２６とを有している。また、ヒータ加熱手段２０は、電極部３０とＵ字形の発熱部３２とからなる複数のエレメント３４で形成されており、各エレメント３４はリード線２８で直列に接続されている。リード線２８は図示しない温度制御装置を介してヒータ電源に接続されているので、所望により加熱室内の温度を制御することができる。
【００２７】
ヒータ加熱手段２０は、加熱室１６内の温度を制御するために断熱材１４と炉殻１２とを貫通して炉殻１２に固設されている。このため、ヒータ電極３０周辺からのマイクロ波の漏洩を防止するマイクロ波漏洩防止手段３６を備えている。このマイクロ波漏洩防止手段３６は、筺体４０と、この筺体４０の底部４０ａを貫通するヒータ電極３０に設けた第１のマイクロ波漏洩防止機構３８と、筺体４０の上部４０ｂを貫通し一端をヒータ電極３０に他端をヒータ電源（図示せず）に接続する導電体４２に設けた第２のマイクロ波漏洩防止機構４４とから構成されている。
【００２８】
筺体４０は、マイクロ波を反射するステンレスなどの金属材料を密閉形状に成形したものであり、加熱室１６に対応するように設けられた炉殻１２の開口部１２ａを閉塞するように設置されている。炉殻１２と筺体４０の底部４０ａとの当接部４１には面状チョーク（図示せず）を設けて当接部からのマイクロ波の漏洩を防止している。なお、底部４０ａは炉殻１２の開口部１２ａを閉塞することで実質的に炉殻の一部を形成している。
【００２９】
第１のマイクロ波漏洩防止機構３８は、筺体４０の底部４０ａに穿設された貫通孔とヒータ電極３０との隙間から漏洩するマイクロ波を遮蔽するマイクロ波遮蔽部４６と、マイクロ波を吸収するマイクロ波吸収部４８とを備えており、図２に示す従来のマイクロ波漏洩防止機構を好適に用いることができる。
【００３０】
マイクロ波吸収部４８に配置されているマイクロ波吸収体は、効果的にマイクロ波を吸収できるものであれば特に限定はないが、カーボン系誘電体やフェライトなどを例示することができる。特に、リング状に成型したフェライトは、マイクロ波吸収率が高く、また取り扱いも容易であるので電極３０に嵌挿して好適に用いることができる。なお、フェライトはマイクロ波を吸収して発熱するので、マイクロ波加熱中はマイクロ波吸収部をファンなどで冷却することが望ましい。
【００３１】
導電体４２を筺体４０の上部４０ｂに固定する第２のマイクロ波防止機構４４は、第１のマイクロ波防止機構３８と同様の構成でよい。
【００３２】
本発明のマイクロ波漏洩防止手段は、この様なマイクロ波漏洩防止性能を有する漏洩防止機構を直列に２重に設けているので、より確実に外部へ漏洩するマイクロ波を削減することができる。
【００３３】
以下に、本発明のマイクロ波加熱炉において漏洩マイクロ波を測定した一例について説明する。
【００３４】
加熱源としてマイクロ波発振器（１．５ｋＷ×３台＝４．５ｋＷ）と電熱ヒータ（１．５ｋＷ）とを有するマイクロ波加熱炉について、漏洩マイクロ波の電力密度を測定した。なお、漏洩マイクロ波の測定は、ミクロ電子（株）製のリークディテクタを使用した。
【００３５】
図１のようにステンレス鋼板で筺体４０を形成し、２個のエレメント３４を直列に接続したヒータ加熱手段２０の電極部３０とリード線２８および導電体４２との結線部を収容した。電極３０と導電体４２とは、図３に示すマイクロ波漏洩防止機構５０を用いてそれぞれ筺体４０の底部４０ａと筺体４０の上部４０ｂに固定した。
【００３６】
次に、マイクロ波発振器２２の出力を３５％（１．５７ｋＷ）、７５％（３．３７ｋＷ）、１００％（４．５ｋＷ）の３水準に変化させて漏洩マイクロ波の電力密度を測定した。
【００３７】
導電体４２周辺の漏洩マイクロ波の電力密度は、導体４２から５ｃｍ離れた任意の数カ所（例えば、図１のＡ点）で、また、電極３０周辺の漏洩マイクロ波は、筺体４０の上部に設けた測定孔からリークディテクタの検出部を挿入して、電極３０から５ｃｍ離れた任意の数カ所（例えば、図１のＢ点）で測定した。結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
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表１から分かるように、マイクロ波発振器の出力を７５％（３．３７ｋＷ）とした場合の漏洩マイクロ波の電力密度は、電極周辺のＢ点では３〜５ｍＷ／ｃｍ2と規定値（５ｍＷ／ｃｍ2以下のこと）に近接した値であった。
【００３９】
一方、導電体周辺のＡ点においては、マイクロ波発振器の出力を１００％（４．５ｋＷ）としても、漏洩マイクロ波の電力密度は０．０１〜０．０５ｍＷ／ｃｍ2と、電極周辺のＢ点における電力密度の１／１００以下であり、ほぼ確実にマイクロ波の漏洩を防止できることが確認できた。
【００４０】
以上のように、本発明のマイクロ波加熱炉は、マイクロ波の外部への漏洩をほぼ完全に防止できるので、マイクロ波発振中であっても加熱炉近傍で安全に作業することができる。
【００４１】
なお、本発明は上記の形態に限定されることなく本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更することができる。上記の形態においては、炉殻１２、導波管２４および筺体４０はステンレス鋼板を使用して形成した。また、発熱部が２珪化モリブデンであるエレメントをヒータ加熱手段として用いたが、各構成要素の材質はこれらに制限されるものではない。例えば、ヒータ加熱手段としてはニクロムヒータあるいはＳｉＣヒータなどを使用してもよい。
【００４２】
また、上記の実施の形態では導電体を筺体の上部を貫通して配置するようにしたが、筺体の側部に貫通孔を設けて導電体を固定するようにしてもよい。
【００４３】
上記の実施の形態ではマイクロ波漏洩防止機構として図３に示す従来の構成を用いたが、必要性能を満たすものであればその他の構成のマイクロ波漏洩防止機構を用いてもよいし、第１のマイクロ波漏洩防止機構と第２のマイクロ波漏洩防止機構とは必ずしも同一の構成である必要はなく異なる構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明のマイクロ波加熱炉は、被加熱物をマイクロ波による加熱に加えて、加熱室内の温度を制御して加熱室内の温度と被加熱物の表面温度との差を小さくすることができる。このため、被加熱物にクラックが発生したり、温度ムラによる品質低下を防止するとともに、マイクロ波加熱によるエネルギ効率を向上することができる。従って、アルミナやシリカなどのセラミックスの加熱処理や焼結処理に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施の形態を示すマイクロ波加熱炉の要部断面図である。
【図２】従来技術になるマイクロ波漏洩防止機構を示す断面模式図である。
【符号の説明】
【００４６】
１２：炉殻  １４：断熱材  １６：加熱室  １８：マイクロ波加熱手段  ２０：ヒータ加熱手段  ３０：ヒータ電極部  ３２：ヒータ発熱部  ３４：エレメント３６：マイクロ波漏洩防止手段  ４０：筺体  ４２：導電体  ４４、４６：遮蔽部（固定部）  ４８：マイクロ波吸収部  ５４：筒体  ５６：絶縁板  ５７：導電性円板  ５８：止めナット  ６０：締め付けナット  ６１：フェライトリング
【図１】
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【図２】
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