(57)【要約】【課題】商用電源を整流または整流平滑した電力を供給するように構成したマイクロ波発生装置の充電点を対地電位に対して絶縁したマイクロ波発生装置を提供する。【解決手段】同軸線路１９の外部導体１９ｂは、同軸線路の一端にて絶縁部材３８の外周に沿う内面部と金属管３６の外周面に嵌合する内面部とを形成した構成とし、同軸線路１９を増幅部１３の入力端に接続する場合、同軸線路１９の先端に形成した外部導体１９ｂが絶縁部材３８の外周に沿うとともに中心導体１９ａが導体２７に嵌合する状態で挿入され、さらには外部導体１９ｂがスリットを配した導体部を有する金属管３６と嵌合状態にて挿入されることで所定の絶縁性能を有する同軸線路接続を完成している。これにより複雑で高度な安定化技術を要する回路を要さず簡素で経済性の高い電力供給系を有し使用上の感電防止対策を施した実装性と安全性を兼ね備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を用いて構成した増幅部を有するマイクロ波発生手段と、前記増幅部に印加する電圧として商用電源を整流した電圧または商用電源を整流平滑した電圧を印加する構成とし、前記増幅部の充電部を対地電位に対して絶縁した構成としたマイクロ波発生装置。
【請求項２】
増幅部に入力するマイクロ波を発生させる発振部を有し、前記発振部と増幅部とを絶縁した構成とした請求項１に記載のマイクロ波発生装置。
【請求項３】
マイクロ波発生手段が発生したマイクロ波を放射するアンテナ部を有し、アンテナ部と増幅部とを絶縁した構成とした請求項１に記載のマイクロ波発生装置。
【請求項４】
絶縁構成は、マイクロ波を伝送する同軸線路に配する構成とした請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のマイクロ波発生装置。
【請求項５】
同軸線路に配する絶縁構成は、着脱自在な構成とし、双方の同軸線路の少なくとも外部導体を嵌合組立する構成とした請求項４に記載のマイクロ波発生装置。
【請求項６】
勘合組立する外部導体にマイクロ波漏洩を抑制する手段を配する構成とした請求項５に記載のマイクロ波発生装置。
【請求項７】
マイクロ波漏洩を抑制する構成は、チョーク構造体とし、その導体部には周期的にスリットを設けた構成とした請求項６に記載のマイクロ波発生装置。
【請求項８】
導体部の幅寸法を少なくとも２段階に変化させた構成とした請求項７に記載のマイクロ波発生装置。
【請求項９】
同軸線路に配する絶縁構成における双方の同軸線路の中心導体は、勘合接合する構成とした請求項４に記載のマイクロ波発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電加熱を利用した加熱装置に用いられる半導体素子を用いて構成したマイクロ波発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このマイクロ波発生装置は半導体を用いた発振器と発振器の出力を増幅する複数段の電力増幅器をもち、発振器および複数段の電力増幅器にそれぞれ電力を供給する安定化電源回路が一般に設けられる。
【０００３】
また、商用電源電圧を整流平滑した電圧を供給するものもある（特許文献１）。
【特許文献１】特開昭５３−１３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では加熱装置にマイクロ波発生装置を搭載すると被加熱物を収納する加熱室とマイクロ波発生装置とが電気的に導通することになり、安全性を確保するためになにがしかの絶縁構造が必要であった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、商用電源を整流または商用電源を整流平滑した電力を供給するように構成したマイクロ波発生装置の充電点を対地電位に対して絶縁した実用的構成を提示と、経済的でかつ実装容易なマイクロ波発生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】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロ波発生装置は、半導体素子を用いて構成した増幅部を有するマイクロ波発生手段と、前記増幅部に印加する電圧として商用電源を整流した電圧または商用電源を整流平滑した電圧を印加する構成とし、前記増幅部の充電部を対地電位に対して絶縁した構成としたものであり、これにより簡素な電力供給系を有し使用上の感電防止対策を施した実装性と安全性を兼ね備えたマイクロ波発生装置を提供できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のマイクロ波発生装置は、商用電源を整流または整流平滑した電圧を印加するとともにその電圧が印加される充電部を対地電位に対して絶縁させる構成を有することで、複雑で高度な安定化電源技術を要さず経済的でかつ実装容易なマイクロ波発生装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
第１の発明は、半導体素子を用いて構成した増幅部を有するマイクロ波発生手段と、前記増幅部に印加する電圧として商用電源を整流した電圧または商用電源を整流平滑した電圧を印加する構成とし、前記増幅部の充電部を対地電位に対して絶縁した構成としたものであり、これにより複雑で高度な安定化技術を要する回路を要さず簡素で経済性の高い電力供給系を有し使用上の感電防止対策を施した実装性と安全性を兼ね備えたマイクロ波発生装置を提供できる。
【０００９】
第２の発明は、特に第１の発明の増幅部に入力するマイクロ波を発生させる発振部を有し、前記発振部と増幅部とを絶縁した構成としたものであり、これにより発振部の駆動用
に印加する電源には安定化電源を使用でき、発振周波数の安定化あるいは周波数の可変制御を容易に実行することができる。
【００１０】
第３の発明は、特に第１の発明のマイクロ波発生手段が発生したマイクロ波を放射するアンテナ部を有し、アンテナ部と増幅部とを絶縁した構成としたものであり、これによりアンテナ部のグランド部は充電部と絶縁されるのでアンテナ部を任意の場所に実装することができる。
【００１１】
第４の発明は、特に第１〜３のいずれか１つの発明の絶縁構成は、マイクロ波を伝送する同軸線路に配する構成としたものであり、発振部、増幅部およびアンテナ部は同軸線路を介してそれぞれ自由に実装配置できる。
【００１２】
第５の発明は、特に第４の発明の同軸線路に配する絶縁構成は、着脱自在な構成とし、双方の同軸線路の少なくとも外部導体を嵌合組立する構成としたものであり、これにより発振部、増幅部およびアンテナ部それぞれの組み立てが容易となる。
【００１３】
第６の発明は、特に第５の発明の勘合組立する外部導体にマイクロ波漏洩を抑制する手段を配する構成としたものであり、絶縁部からのマイクロ波の漏洩を確実に抑制できる。
【００１４】
第７の発明は、特に第６の発明のマイクロ波漏洩を抑制する構成は、チョーク構造体とし、その導体部には周期的にスリットを設けた構成としたものであり、スリットの周期配置により広い帯域に対してマイクロ波漏洩防止性能を維持させることができ発振部の周波数可変制御に対応したマイクロ波漏洩防止性能とすることができる。
【００１５】
第８の発明は、特に第７の発明の導体部の幅寸法を少なくとも２段階に変化させた構成としたものであり、これにより異なる特性インピーダンスの伝送路を形成しマイクロ波漏洩防止構造のコンパクト化を実現させることができる。
【００１６】
第９の発明は、特に第４の発明の同軸線路に配する絶縁構成における双方の同軸線路の中心導体は、勘合接合する構成としたものであり、嵌合構成の外部導体と一体となって絶縁構成を着実に構成でき絶縁性能を保証するとともにマイクロ波の伝送損失を抑制できる。
【００１７】
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。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波発生装置の回路図、図２は、図１のマイクロ波発生装置の増幅部の構成図、図３は図２の同軸線路における絶縁構造の拡大構成図、図４は図３のスリットを配した金属管の構成図を示すものである。
【００１９】
図１〜４において、マイクロ波発生装置１０は半導体素子を用いて構成した発振部１１、発振部１１の出力信号を一段増幅する初段増幅器１２、初段増幅器１２の出力信号をさらに増幅する複数段からなる増幅部１３、増幅部１３の出力に接続されたマイクロ波を放射するアンテナ部１４から構成されている。増幅部１３は、本実施例では、２段増幅構成からなる増幅器１３ａ、１３ｂで構成している。
【００２０】
またマイクロ波発生装置１０の電力供給系として、商用電源１５を全波整流器１６で全波整流した電圧を増幅部１３の各増幅器に供給している。また、商用電源１５は安定化電源１７を経て複数の直流電圧を出力し、その出力電圧を発振部１１および初段増幅器１２
に供給している。
【００２１】
増幅部１３の各増幅器１３ａ、１３ｂに供給する電圧は、スイッチ１８を介在させることで個別に供給タイミングを制御させている。
【００２２】
初段増幅器１２の出力と増幅部１３の入力とは同軸線路１９にて接続し、増幅部１３の出力とアンテナ部１４とは同軸線路２０にて接続している。
【００２３】
そして、増幅部１３の入力端と出力端のそれぞれに同軸線路構造の絶縁部２１、２２を設けている。
【００２４】
増幅部１３は、低誘電損失材料から構成したプリント基板２３の片面に構成した平面回路２４を有し、各増幅器１３ａ、１３ｂの増幅素子である半導体素子１３１ａ、１３１ｂを良好に動作させるべく各半導体素子に対して平面回路から構成した入力整合回路と出力整合回路を配している。プリント基板２３および半導体素子１３１ａ、１３１ｂは高熱伝導性を有する銅板２５を介して放熱手段２６に接合取り付けしている。
【００２５】
次に増幅部１３の入力端と出力端に形成した同軸線路との絶縁接続に関する構成について以下に説明する。
【００２６】
まず増幅部１３の入力端と出力端に配した同軸線路の構成について説明する。
【００２７】
増幅部１３を形成する平面回路の入力端と出力端にそれぞれ接続された導体２７、２８は、低誘電損失材料からなるスペーサ２９、３０を介して円筒状の金属管３１、３２の略中心部に支持されている。そして導体２７、２８をそれぞれ中心導体とし円筒状の金属管３１、３２をそれぞれ外部導体としてそれぞれ同軸線路を形成している。
【００２８】
円筒状の金属管３１、３２の外周には低誘電損失で所定の比誘電率を有する絶縁部材３３、３４を配し、これら絶縁部材３３、３４は金属管３１、３２にロウ接合させている。また、絶縁部材３３、３４の外周には、周期的にスリット（図３および図４において３５）を配した導体部を有する金属管３６、３７を配し、この金属管３６、３７と絶縁部材３３、３４とはそれぞれロウ接合させている。さらにスリットを配した導体部を有する金属管３６、３７の外周には低誘電損失で所定の比誘電率を有する絶縁部材３８、３９を配し、これら絶縁部材３８、３９は金属管３６、３７にロウ接合させている。
【００２９】
次に増幅部１３の入力端と出力端に配した同軸線路に接続する同軸線路１９、２０の構成および接続形態について説明する。なお、同軸線路１９、２０の構成は同じであるので、以下の説明では増幅部１３の入力端の同軸線路に接続される初段増幅器１２の出力から延びる同軸線路１９を代表させて説明する。
【００３０】
初段増幅器１２の出力から延びる同軸線路１９は、その中心導体１９ａ、外部導体１９ｂおよび中心導体１９ａを支持する低誘電損失材料からなるスペーサ１９ｃで構成している。そして、同軸線路１９の外部導体１９ｂは、同軸線路の一端にて絶縁部材３８の外周に沿う内面部と金属管３６の外周面に嵌合する内面部とを形成した構成としている。これにより、同軸線路１９を増幅部１３の入力端に接続する場合、同軸線路１９の先端に形成した外部導体１９ｂが絶縁部材３８の外周に沿うとともに中心導体１９ａが導体２７に嵌合する状態で挿入され、さらには外部導体１９ｂがスリットを配した導体部を有する金属管３６と嵌合状態にて挿入されることで所定の絶縁性能を有する同軸線路接続を完成させている。
【００３１】
なお、図２において商用電源の整流電圧または整流平滑電圧の充電点は、半導体素子１３１ａに対してはＰ１とＰ３、半導体素子１３１ｂに対してはＰ２とＰ３である。
【００３２】
また、増幅部１３の外周は絶縁部材で構成した絶縁ケース３９で覆っている。この絶縁ケース３９には、放熱手段２６に冷却風を配流する穴を設けている。
【００３３】
以上のように構成されたマイクロ波発生装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００３４】
ここでも、絶縁部２１、２２のうち絶縁部２１を代表して説明する。絶縁部２１において、増幅部１３の入力端に設けた同軸線路の外部導体である金属管３１は、増幅部１３の外ケース４０と電気的に導通接続されている。そしてスリットを配した導体部を有する金属管３６との間に形成されるギャップ（図３においてＧで示す）は所定長さ、たとえば２ｍｍ、の絶縁部材３３を配することで、商用電源電圧の充電部のひとつである増幅部１３の外ケース４０とスリットを配した導体部を有する金属管３６との絶縁性を確保させている。これにより、スリットを配した導体部を有する金属管３６に接合する同軸線路１９の外部導体１９ｂは商用電源からの充電部に対して絶縁され、同軸線路１９の外部導体１９ｂと電気的に導通する部材はすべて商用電源の充電部に対して絶縁性を確保できる。
【００３５】
また、絶縁部２１における同軸線路の外部導体１９ｂおよび２９は、絶縁部材３３の介在により電気的に導通しないが、外部導体２９、絶縁部材３３、スリット３５を配した導体部を有する金属管３６、絶縁部材３８および外部導体１９ｂによってマイクロ波漏洩を抑制する構造体を形成させることで、絶縁部材３３の介在によるマイクロ波漏洩を抑制させている。このマイクロ波漏洩を抑制する構造体の作用は、以下の通りである。
【００３６】
すなわち、外部導体１９ｂとスリットを配した導体部を有する金属管３６との接合点（図３においてＣ１で示す）に形成した金属短絡面（インピーダンスが零）を利用し、絶縁部材３３が同軸線路の中心導体に臨む点（図３においてＣ３）のインピーダンスを実質的に零としている。これを達成させるために、金属管３６のスリットを配した導体部の電気的長さをマイクロ波発生装置１０が発生する周波数帯に対して実質的に略９０°としている。  
【００３７】
また、この導体部の実質長さは、絶縁部材３３、３８の比誘電率による波長圧縮作用を利用してコンパクト化を図っている。これにより、金属管３６と外部導体１９ｂとでチョーク構造を形成し、図３において点Ｃ１の零のインピーダンスが点Ｃ２では無限大となる。また金属管３６と外部導体３１とでチョーク構造を形成し、点Ｃ２の無限大のインピーダンスを点Ｃ３では実質的に極めて小さい値としている。これにより、絶縁部材３３を介してのマイクロ波漏洩を抑制させている。
【００３８】
また、チョーク構造体の導体部には周期的にスリットを設けた構成としたことにより、ス広い周波数帯域に対してマイクロ波漏洩防止性能を維持させることができ発振部の周波数可変制御に対応したマイクロ波漏洩防止性能とすることができる。
【００３９】
また同軸線路に配する絶縁構成における双方の同軸線路の中心導体は、勘合接合する構成としたことにより、嵌合構成の外部導体と一体となって絶縁構成を着実に構成でき絶縁性能を保証するとともにマイクロ波の伝送損失を抑制できる。
【００４０】
そして、このような構成と作用により、複雑で高度な安定化技術を要する回路を要さず簡素で経済性の高い電力供給系を有し使用上の感電防止対策を施した実装性と安全性を兼ね備えたマイクロ波発生装置を提供できる。
【００４１】
また発振部を増幅部１３に対して絶縁した構成としたことで、発振部の駆動用に印加する電源には安定化電源を使用でき、発振周波数の安定化あるいは周波数の可変制御を容易に実行することができる。
【００４２】
またアンテナ部も増幅部１３と絶縁した構成としたことで、アンテナ部のグランド部は充電部と絶縁されるのでアンテナ部を任意の場所に実装することができる。
【００４３】
また絶縁構成は、マイクロ波を伝送する同軸線路に配する構成としたことにより、発振部、増幅部１３およびアンテナ部は同軸線路を介してそれぞれ自由に実装配置できる。
【００４４】
また同軸線路に配する絶縁構成は、着脱自在な構成とし、双方の同軸線路の少なくとも外部導体を嵌合組立する構成としたことにより、増幅部１３に対して発振部およびアンテナ部それぞれの組み立てが容易となる。
【００４５】
なお、第１の実施の形態において配置させた初段増幅器の駆動電源は、安定化電源から供給する構成としているが、これは商用電源を整流した電圧または商用電源を整流平滑した電圧を印加する増幅器から構成された増幅部１３とは異なる駆動電源系であることを明示させるものであり、初段増幅器は無くてもよいし、安定化電源より電力供給を受ける複数段の増幅器で構成しても構わない。さらには、増幅部１３は、並列動作する増幅器を配する構成でもよく、要は、商用電源を整流した電圧または商用電源を整流平滑した電圧を印加する増幅器であれば増幅部１３内に実装させるものである。
【００４６】
（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態におけるマイクロ波発生装置の絶縁接続する同軸線路における絶縁構造の拡大構成図、図６は図５の同軸線路のスリットを配した金属管の構成図を示すものである。
【００４７】
第１の実施の形態におけるスリットを配した金属管３６に対して、第２の実施の形態のスリットを配した金属管５０では、スリットを設けることで周期配列させた導体部５１の幅寸法を２段階に変えた構成としている。導体部５１において、先端側の幅寸法を大きくする。これにより、チョーク構造体における導体部５１根元側の特性インピーダンスを大きくし、導体部５１先端側の特性インピーダンスを小さくすることになり、Ｃ１１からＣ２２に至るチョーク構造体の全長を第１の実施の形態に示すような同一幅寸法と比べてさらにコンパクトにすることができる。
【００４８】
一方Ｃ２２からＣ３３に至るチョーク構造体に対してもスリットを配した金属管５０は、伝送路として作用するので、このチョーク構造体に対しては全長を第１の実施の形態における構造よりも長くして、絶縁部Ｇ１におけるインピーダンスを極めて小さい値に形成している。
【００４９】
これにより、同軸線路の外部導体１９１ｂは、第１の実施の形態に対して内径の異なる部分が一段増加し、スリットを配した金属管５０の外面に異なる２つの円筒径にて挿入接合組立する構成とし、より確実に同軸接続を形成できる。そしてチョーク構造体内に異なる特性インピーダンスの伝送路を形成することで伝送抑制の周波数を広帯域にしたマイロ波漏洩防止構造を有するとともに絶縁性能を有した同軸線路構造を実現させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように、本発明にかかるマイクロ波発生装置は商用電源を整流または商用電源を
整流平滑した電力を供給するように構成したマイクロ波発生装置の充電点を対地電位に対して絶縁した実用的構成を提示し、経済的でかつ実装容易なマイクロ波発生装置を提供ことが可能となるので、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。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波発生装置の回路図
【図２】図１のマイクロ波発生装置の増幅部の構成図
【図３】図１の同軸線路における絶縁構造の拡大構成図
【図４】図１の同軸線路のスリットを配した金属管の構成図
【図５】本発明の実施の形態２におけるマイクロ波発生装置の同軸線路における絶縁構造の拡大構成図
【図６】図５の同軸線路のスリットを配した金属管の構成図
【符号の説明】
【００５２】
１０  マイクロ波発生装置
１１  発振部
１３  増幅部
１４  アンテナ部
１５  商用電源
１６  全波整流器
１９、２０  同軸線路
１９ａ  中心導体
１９ｂ、１９１ｂ  外部導体
２１、２２  同軸線路構造の絶縁部
１３１ａ、１３１ｂ  半導体素子
２７、２８  中心導体
３１、３２  金属管（外部導体）
３３、３４、３８、３９、３３１、３８１  絶縁部材
３５  スリット
３６、５０  スリットを配した金属管
５１  導体部（幅寸法２段階変化）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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