(57)【要約】  生産物及び材料への熱処理のための加熱炉システムが、開示されており、当該加熱炉システムは、コンピュータタブレットのためのタッチスクリーン、及び、太陽電池を製造するために使用されるシリコンウエハを処理するときにおいて特に有用である。当該システムは、被加工品へのマイクロ波と放射熱とのハイブリッドを採用することにより、被加工品への制御された加熱をもたらす。複数のサセプタが、加熱炉のチャンバに配置されている。複数のマイクロ波源が配列されていることで、チャンバ内においてマイクロ波放射をもたらすことにより、チャンバ内において被加工品を均一に加熱し、サセプタへの均一な加熱をもたらす。サセプタは、マイクロ波源により効果的にマイクロ波加熱されることにより、チャンバ内において、被加工品への均一な放射加熱をもたらす。
2015536434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱炉のチャンバを通り抜けて搬送される被加工品への、マイクロ波と放射熱とのハイブリッドによる加熱炉システムであって、当該システムは：
入口端部及び出口端部を有しているハウジングと；
上記ハウジング内において、上記入口端部と出口端部との間に配置されており、１つ以上の区域を有しているチャンバと；
上記入口端部から上記出口端部へと、上記加熱炉のチャンバを通り抜けて被加工品を搬送するためのコンベアと；
夫々がマイクロ波を吸収する高温材料からなる、複数のサセプタであり、
そのチャンバの少なくとも１つの区域において、上記チャンバの幅方向において間隔を設けられる関係に配置され、上記コンベアの上に位置されることで、上記被加工品が搬送されて通り抜けるチャンバの間隔を規定している、上記サセプタと；
上記チャンバ内において、均一なマイクロ波放射をもたらすように配列されることで、上記コンベアによって上記チャンバを通り抜けて搬送される上記被加工品を均一に加熱し、上記複数のサセプタへの均一な加熱をもたらす、複数のマイクロ波源であって、
上記複数のサセプタは、上記コンベアによって上記チャンバを通り抜けて搬送される上記被加工品への均一な放射加熱をもたらす、当該複数のマイクロ波源によってマイクロ波加熱される複数のマイクロ波源と；
上記複数のマイクロ波源の電力を制御することにより、上記チャンバ内において、所望の熱分布をもたらす制御装置と、を備えていることを特徴とする加熱炉システム。
【請求項２】
上記複数のサセプタは、複合セラミックスの高温材料からなる複数のロッドであることを特徴とする請求項１に記載の加熱炉システム。
【請求項３】
上記サセプタの夫々は：
高いマイクロ波の吸収性と；
高い機械的な強度と；
高い耐熱衝撃性と；
高められた温度における低い酸化性（ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）と；
低い化学的な劣化性（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）と、を有していることを特徴とする請求項１に記載の加熱炉システム。
【請求項４】
上記複数のサセプタのロッドの夫々は、原則的にＳｉＣ、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、及び、Ｙ２Ｏ３からなる群のうちのセラミックス材料からなることを特徴とする請求項２に記載の加熱炉システム。
【請求項５】
上記複数のマイクロ波源は、上記複数のサセプタにおいて、およそ５０％の侵入深さをもたらすことを特徴とする請求項１に記載の加熱炉システム。
【請求項６】
上記加熱炉のチャンバの入口端部におけるマイクロ波の閉塞部と、上記加熱炉のチャンバの出口端部におけるマイクロ波の閉塞部と、を含み、上記加熱炉のチャンバからのマイクロ波の漏出を最小化するように作動することを特徴とする請求項１に記載の加熱炉システム。
【請求項７】
上記チャンバ内において、少なくとも１つのモード攪拌器を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の加熱炉システム。
【請求項８】
上記複数のマイクロ波源の夫々は、上記複数のマイクロ波源の他のものと合わせて、上記チャンバ内に所望の電場をもたらすように調整できることを特徴とする請求項１に記載の加熱炉システム。
【請求項９】
上記複数のマイクロ波源の夫々は、マグネトロンを含んでいることを特徴とする請求項８に記載の加熱炉システム。
【請求項１０】
上記複数のサセプタは、上記チャンバの長さ方向において、互いに間隔を設けられる関係に配置された複数のロッドであり、夫々が上記チャンバの幅方向に、実質的に伸びていることを特徴とする請求項２に記載の加熱炉システム。
【請求項１１】
マイクロ波を透過する、複数の構成要素の夫々が、間隔が設けられた複数のサセプタのロッドの間に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の加熱炉システム。
【請求項１２】
上記チャンバ内における温度を検知し、上記制御装置に温度の信号を提供する、少なくとも１つの温度センサを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の加熱炉システム。
【請求項１３】
上記制御装置は、上記コンベアの速度を制御するようにも作動することを特徴とする請求項１に記載の加熱炉システム。
【請求項１４】
ハイブリッド加熱のアッセンブリであって：
その内部において、１つ以上の被加工品を熱処理することができるキャビティを有している、断熱されたハウジングであって、マイクロ波を透過する材料からなる、上記断熱されたハウジングと；
上記断熱されたハウジング内において、上記チャンバの上に配置されている複数のサセプタのロッドであり、上記複数のロッドの夫々は、上記チャンバの幅方向に伸びており、上記複数のロッドが、上記チャンバの長さ方向において間隔が設けられる関係に配置されており、夫々がマイクロ波を吸収する高温材料からなる上記サセプタと；
上記断熱されたハウジングのチャンバ内において、均一にマイクロ波をもたらすように配列されることで、上記チャンバ内において、上記複数のサセプタのロッドを均一に加熱し、上記チャンバ内において被加工品を均一に加熱する複数のマイクロ波源と、を含んでいることを特徴とするハイブリッド加熱のアッセンブリ。
【請求項１５】
マイクロ波の加熱炉における使用のための装置であって：
少なくとも１つの被加工品を収容するためのチャンバを取り囲む、熱的に断熱性であり、マイクロ波透過性の材料からなるハウジングと；
マイクロ波を吸収する高温材料からなる、複数のサセプタのロッドであり、上記チャンバの幅方向に配置されており、上記チャンバの長さ方向に間隔が設けられている複数の上記ロッドと；
上記チャンバの幅方向において、上記複数のサセプタのロッドにおける近接したものの間の夫々に配置された、マイクロ波を透過する構成要素と、を含んでいることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔連邦政府による資金提供を受けた研究又は開発に関する記載〕
なし。
【０００２】
〔関連特許の相互参照〕
本出願は、「マイクロ波と放射熱とのハイブリッドを有する加熱炉システム」と題された２０１２年１０月１１日に出願された米国仮特許出願第６１／７１２，４４４号について３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９条（３）に基づく利益を主張し、あらゆる目的のため、その全体を参照することによって本明細書に組み込まれている。
【０００３】
〔発明の背景〕
生産物及び材料の熱処理に関して、処理される生産物又は材料を破損し得る熱応力を引き起こすことなしに、該生産物又は材料に対して迅速かつ均一な加熱を行うことのニーズは高い。コンピュータタブレットのために使用されるタッチスクリーン、太陽電池を製造するために使用されるシリコンウエハ及び焼結セラミックスなどのような生産物は、適切に管理されていない方法で加熱された場合、特に熱応力を生じやすい。
【０００４】
〔発明の概要〕
生産物及び材料の熱処理のための加熱炉システム及び方法が開示されている。当該システム及び方法は、例えば、コンピュータタブレットのためのタッチスクリーン、太陽電池を製造するために使用されるシリコンウエハ、ガラスコーティング、焼結セラミックス及びカーボンファイバ構造物を処理するときにおいて、特に有用である。太陽電池又はパネルを製造するときの処理の一部として、半導体ウエハにリン又はホウ素を拡散するという、別の典型的な使用がある。本発明は、そのような使用に限定されず、制御された方法にて迅速で均一な加熱が望ましい被加工品及び材料の熱処理に、より広範に適用することができる。
【０００５】
上記システムは、被加工品へのマイクロ波と放射加熱とのハイブリッドを採用することで、被加工品への制御された加熱をもたらす。一実施形態において、上記システムは、入口端部及び出口端部を有し、ハウジング内に加熱炉のチャンバを有し、当該チャンバは、１つ以上の区域に分割されていてもよい。コンベアのアッセンブリは、入口端部から出口端部へと加熱炉のチャンバを通り抜けるように、被加工品を搬送するために備えられている。複数のサセプタは、チャンバ内において、そのチャンバのうちの少なくとも１つの区域に設置されており、当該サセプタが、コンベアの上に位置されることで、被加工品が通り抜けて搬送されるチャンバを規定している。複数のマイクロ波源は、チャンバ内においてマイクロ波放射をもたらすように配列されることで、コンベアによってチャンバを通り抜けて搬送される被加工品を均一に加熱し、複数のサセプタへの均一な加熱をもたらす。およそ６００℃を超える温度において、サセプタは、複数のマイクロ波源によって、効果的にマイクロ波加熱されることで、チャンバを通り抜けて搬送される被加工品への均一な放射加熱をもたらす。
【０００６】
好ましい実施形態において、サセプタは、夫々、高い純度の高温複合セラミックス材料からなる複数のロッドを含んでおり、当該ロッドが、チャンバの少なくとも１つの区域において、チャンバの幅方向に間隔を設けられる関係に配置され、複数のマイクロ波源からマイクロ波放射を受けるように位置され、チャンバを通り抜けて搬送される被加工品に放射エネルギーをもたらす。サセプタのロッドが、数及び間隔の点において多様化できるのは、加熱炉において処理される、特に被加工品に対する電力のレベル及び熱分布を安定に調整するためである。
【０００７】
サセプタの単位体積当たりへの電力が、サセプタによるマイクロ波の吸収のために所望の量をもたらすように決定されるのは、サセプタへの加熱、及び、被加工品又は生産物への放射エネルギーの放射のために十分なマイクロ波エネルギーを吸収させるためである。
【０００８】
より低い動作温度、典型的には、およそ６００℃よりも低い範囲において、サセプタは、被加工品への十分な放射加熱を発生しないが、マイクロ波の場の制御によって、被加工品へのより均一なマイクロ波加熱をもたらすために役立つ。
【０００９】
マイクロ波源の夫々は、チャンバの内壁における開口付近に取り付けられたホーンに連結した、比較的に低電力及び低コストのマグネトロンからなり、チャンバ内にマイクロ波エネルギーを導入するように作動する。複数のそのような供給源が、１つの配列にて配置され、内壁における夫々の開口を通り抜け、チャンバ内においてマイクロ波エネルギーが導入されるように作動する。マグネトロンは、個別の電源、又は、代わりに、１つ以上の共有電源によって、電力供給されることにより、マグネトロンに必要な電力を供給する。マグネトロンへの電力は、個別の供給源によって供給される電力を変化させ、個別の供給源のオンオフを切り替えるように付属されている電力の制御装置によって制御可能である。マイクロ波の配列内における供給源の数及び間隔は選択的に決定され、配列における供給源の夫々に電力を供給できるようにすることで、加熱炉のチャンバへ導入される、所望の電力のレベル、及び／又は、マイクロ波エネルギーの分布を発生させる。
【００１０】
１つ以上のモード攪拌器（それ自体は公知である）は、加熱炉のチャンバ内に備えられ、マイクロ波のモードを混ぜるように作動することで、チャンバ内においてより均一な電場をもたらす。１つの好ましい実施形態において、２つのモード攪拌器が、チャンバの個別の側壁において使用されている。
【００１１】
マイクロ波の閉塞部が、加熱炉の入口端部及び出口端部において備えられていることにより、加熱炉から外部の環境へのマイクロ波エネルギーが漏出することを防止する。アイソレータが、モード攪拌器のシャフトなどのような、加熱炉の内壁を通り抜けて突き出した、任意のシャフトを囲むように備えられることにより、マイクロ波エネルギーの漏出を防止することかできる。
【００１２】
上記システムは、夫々のマイクロ波源の個別の制御、及び、加熱炉のチャンバ内における温度の閉じたループの制御のための制御システムを含んでいる。熱電対又は別の温度センサが、チャンバの温度を監視するために加熱炉のチャンバ内に備えられており、赤外線高温計又は別のセンサが、チャンバ内を通り抜けて搬送される被加工品の温度を測定するように用いられている。これらセンサからの信号は、制御システムに提供され、所望の被加工品及び処理の温度を維持するために温度を制御するように使用される。異なる温度が、マルチゾーンの加熱炉の個別の区域において与えられることにより、被加工品が区域を通り抜けて運搬されるときに、所望の温度分布をもたらす。
【００１３】
被加工品の誘電的な特性が、所望の処理上の分布及び程度の制御を得るために考慮されるべきである。
【００１４】
コンベアは、ベルトの材料にて、マイクロ波の場における使用のために適した構造にできている。例えば、コンベアは、マイクロ波への透過性を有する石英のローラを採用することができる。コンベアのベルトは、金属からできていることもあり得、加熱された金属は、マイクロ波の反射性がより低いため、電気的に接地され得、マイクロ波のチャンバ内にて使用され得る。別のコンベアは、生産物の性質及び重量に依存するローラ又はプッシャーなどを用い得る。
【００１５】
本発明は、コンベアのベルト及び閉塞部を、普通、必要でない場合におけるバッチ式の加熱炉に使用することもできる。バッチ式のシステムにおいて、加熱炉のチャンバは、適切なハウジング内に備えられ、チャンバへのアクセスのための密閉ドアが、チャンバ内において処理される生産物の積み込みと取り出しのために備えられている。当該ドアは、熱的に密封することで熱の損失を最小化し、マイクロ波も密封することでマイクロ波エネルギーの漏出を最小化する。
【００１６】
〔図面の簡単な説明〕
本発明は、図面と併せて、以下に示す詳細な説明から、より十分に理解され得、それにおいて：
図１は、本発明に基づく加熱炉システムの概略図であり；
図２Ａは、本発明に基づくマイクロ波源の絵画図であり；
図２Ｂは、図２ＡにおけるＡ−Ａ線に沿った断面図であり；
図３は、マグネトロンの配列のための監視装置の概略図であり；
図４は、マイクロ波源の配列の電場のパターンの概略図であり；
図５は、加熱炉システムのための制御装置のブロック図であり；
図６は、保温ボックスの上面図であり；
図７は、図６のＡ−Ａ線に沿った立断面図であり；
図８は、保温ボックスの絵画図であり；
図９は、図７のＢ−Ｂ線に沿った断面図であり；
図１０は、本発明に基づく、閉塞部の絵画図であり；
図１１は、図１０の閉塞部の立断面図である。
【００１７】
〔発明の詳細な説明〕
本出願は、「マイクロ波と放射熱とのハイブリッドを有する加熱炉システム」と題された２０１２年１０月１１日に出願された米国仮特許出願第６１／７１２，４４４号について３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９条（３）に基づく利益を主張し、あらゆる目的のため、その全体を参照することによって本明細書に組み込まれている。
【００１８】
〔全体のシステム〕
本発明に基づく連続加熱炉システムの一実施形態は、図１に概略的に示されている。システムは、入口又は入口端部１０２、並びに、出口又は出口端部１０４を有している加熱炉のハウジング１００を含んでいる。マイクロ波の閉塞部１０６は、加熱炉の入口端部に備えられており、マイクロ波の閉塞部１０８は、加熱炉の出口端部に備えられている。それら閉塞部は、構造において同じであり、図示された実施形態では、二段階閉塞部であり、以下にさらに記載されている。加熱炉のチャンバ１１１は、加熱炉ハウジング内に備えられ、１つ以上の加熱区域に分割されている。コンベアベルト１１０は、入口端部から出口端部へと加熱炉のチャンバを通り抜けて、被加工品を搬送するために、加熱炉と入口及び出口の閉塞部とを通り抜けて伸びている。コンベアベルトは、例えば、所望の速度で加熱炉を通り抜けるようにベルト１１０を移動させるために適した駆動機構に接続されているスプロケット１１２上に配置されている連続的なベルトである。保温ボックス１０１は、以下に記載されているように、加熱炉のチャンバ内において、コンベアの上に配置され、チャンバの長さ方向及び幅方向に沿って配置されている、複数のサセプタのロッドを含んでいる。
【００１９】
マグネトロンの配列１１４は、加熱炉のハウジングの上に配置されており、チャンバを通過している被加工品へのコンベアベルト上におけるマイクロ波加熱のために、マグネトロンの配列の夫々からマイクロ波エネルギーを加熱炉に導入するように作動する。マグネトロン配列からのマイクロ波エネルギーは、加熱炉内においてボックス１０１内に配置されているサセプタを加熱するようにも作動し、マイクロ波の加熱において、被加工品に向けられた放射エネルギーを発生するためも作動する。サセプタは、本明細書の以下において、さらに詳細に記載されている。本発明によれば、加熱炉を通り抜けて搬送される被加工品は、サセプタからの放射エネルギーとマグネトロン配列からのマイクロ波エネルギーとの制御された組み合わせによって加熱される。
【００２０】
本発明に基づく加熱炉は、典型的には、約６００℃〜１０５０℃の間の温度範囲で作動するが、本発明は、より高い温度からより低い温度において作動する構成の加熱炉において実施することができる。
【００２１】
〔マグネトロン配列〕
複数のマイクロ波源は、チャンバ内において、均一なマイクロ波放射をもたらすように配列されることで、コンベアによってチャンバを通り抜けて搬送される被加工品を均一に加熱し、複数のサセプタのロッドへの均一な加熱をもたらす。夫々の低コストのマグネトロンは、波長可変である導波管を介して、加熱炉の内壁における開口あたりに取り付けられたホーンに連結されており、チャンバ内にマイクロ波エネルギーを導入するように作動する。複数のそのような供給源は、１つの配列にて配置され、加熱炉の内壁における各開口の間中において、マイクロ波エネルギーを導入するように作動する。図に示された実施形態では、９つのマイクロ波源の配列は、３×３の直交座標配列に配置されるように与えられる。マグネトロン及び付属する導波管及びホーンの数及び位置は、チャンバ内における均一なマイクロ波の場及びサセプタの均一な加熱をもたらすように決定される。別の形態として、マグネトロンの相対電力、並びに、マグネトロンの配列内におけるそれらの間隔及び位置は、チャンバ内におけるマイクロ波エネルギーについて所望の非均一な配分又は分布をもたらすように調整することができる。
【００２２】
マイクロ波源の一つは、図２Ａ及び図２Ｂに示されている。マグネトロン１０は、連結器１６を介して導波管１４に取り付けられた導波管１２に取り付けられている。導波管１４は、ホーン１８に取り付けられており、当該ホーン１８は、取付フランジ２０を有しており、当該取付フランジ２０における複数の穴と加熱炉の内壁において位置合わせされた複数の穴とを、適応する留め具によって、一体で協調するように取り付け可能になっている。チューニングスタブ２２は、導波管１４のより広い内壁に取り付けられ、第二のチューニングスタブ２４は、導波管１４のより狭い内壁に取り付けられる。それらチューニングスタブは、夫々５λ／４の長さである。チューニングスタブ２２及び２４は、導波管１４の夫々の横軸に沿って配置されており、互いに直交している。チューニングスタブの夫々は、夫々の導波管におけるスタブの部分の長さに沿って移動可能なピストンを含む。図３に見られるように、ピストン２６は、ロッド２８に取り付けられており、当該ロッド２８は、端板３０における開口部を通り抜けて伸びており、当該ロッド２８の外端は、セントラルノブ３２である。ノブ３２及び接続ロッド２８は内側及び外側に押し出すことができるため、スタブ２４の長さ方向に沿ってピストン２６の位置を調整することができる。夫々のスタブは、ホーン１８から加熱炉のチャンバ中へ発せられる前方の電力を最大化し、マグネトロンに戻る、反対向きの、又は、反射された電力を最小化するように調整されている。ピストンは、調整の後、適所においてロックされ得る。導波管及びホーンは、アルミニウム又は他の適切な金属から製造される。ピストン２６は、アルミニウム又は他の適切な金属から製造されもする。図２Ｂに示されているスタブ２４に対するピストンの配置は、スタブ２２に対する配置と同様である。
【００２３】
スタブ２２及び２４に対する夫々のピストンは、夫々の導波管の内側の面に沿ってスライド可能であり、夫々のピストンは、その周囲に溝を含み、当該溝内には、金属又は他の導電性のメッシュガスケットが図２Ｂに示されるように設けられ、当該金属又は他の導電性のメッシュガスケットは、スタブの直面する内壁と接触することで、内壁と直面するピストンの表面との間のギャップを越えて発生し得るアーク放電を抑制又は最小化する。
【００２４】
ホーン１８は、高い増幅率、低いＶＳＷＲ及び比較的広いバンド幅をもたらし、導波管と、チャンバのフリースペースとの間でインピーダンス整合器としての役割を果たす。前方の場は、ホーンによってもたらされる無反射終端によって最大化され、反射波は最小化される。一実施形態では、ＷＲ４３０の導波管を使用し、マグネトロンは２．４５ＧＨｚで作動し、ホーンは２０度のビームの幅と、少なくとも１５ｄＢの増幅率と、−１０ｄＢより低い反射減衰量とを有する。夫々のホーンの放射パターンは、図４に示されているようなマイクロ波の配列の他のホーンの放射パターンと重なることで、加熱炉のチャンバの体積の全体に渡って、実質的に均一な放射パターンを発生する。
【００２５】
マイクロ波の放射は、チャンバ内においてマルチモードであり、一つ以上のモード撹拌器を使用することでモードパターンの変化をもたらすることによりチャンバ内における電場の均一性を維持する。モード攪拌器１０３を図１に示す。
【００２６】
図示された実施形態におけるマグネトロンの夫々は、１．１キロワットの出力を有し、個別に制御することができる電源装置によって駆動される。９つの供給源からなる配列の最大電力は、本実施形態において、およそ１０．８キロワットである。マグネトロンの配列は、マグネトロンの冷却翼の上に向かって高速で空気を当てることにより空冷されることで、マグネトロンを１００％の電力において６０℃未満に維持する。冷却空気は、安全な動作温度を維持するように電源装置に向けることもできる。冷却空気は、加熱炉のハウジング内に備えられた１つ以上の通気口を通り抜けて排出される。
【００２７】
マグネトロン配列は、９つのマグネトロンに限定されない。マグネトロンの数及び出力は、処理される被加工品に対して、高度な、均一性と、電力のレベルとを伴う、所望の配分を得るように変えることができる。
【００２８】
マグネトロン配列に対する制御システムは、図５に示されている。コンピュータ３２に連動する制御装置３０は、加熱炉の中の温度センサ３６から温度の信号を受け取り、マグネトロン配列３４のマグネトロンの電源装置へ制御の信号を提供する。制御部は、コンベアの速度を管理するために、制御の信号をコンベア３８に提供することもできる。配列における夫々のマグネトロンの電力の出力は、個別に制御可能であるため、チャンバ内において、均一な放射又は所望の放射分布をもたらすように、マグネトロンの配列の電力のレベルを調整できる。本制御の結果として、作動周期の間、所望の温度又は所望の温度分布を、加熱炉内において維持できる。制御装置は、ＰＩＤ（比例積分微分）制御などのような１つ以上の制御アルゴリズムに基づき作動する。
【００２９】
マグネトロン配列における夫々のマグネトロンの出力は、図３に示されている装置によって観測し、及び／又は記録することができる。双方向連結器１１は、夫々のマグネトロンのアッセンブリにおいて、例えば、導波管１２及び１４の間に備えられる。連結器は、スイッチボックス１４を介して電力計１５まで信号を提供する。夫々のマグネトロンに対する連結器は、スイッチボックス１３を介して電力計１５まで同様の方法で接続される。電力計は、スイッチボックス１３の使用によって切り換えられるため、配列における夫々のマグネトロンの電力の出力読み込みを表示し、及び／又は、記録するように作動する。マグネトロンの出力は、スイッチボックスの手動操作によって手動で切り換えられ得る。代わりに、切り替え動作は、自動化され得、これにより、配列中のマグネトロンの出力を連続して読み込み、及び／又は、記録する。切り替えは、例えば、制御システムの制御装置３０によって管理することができる。
【００３０】
〔保温ボックス及びサセプタ〕
保温ボックス及びサセプタのロッドの配置は、図６〜９に示されている。保温ボックスは、高純度、高温のアルミナ、或いは、マイクロ波エネルギーに対して透過性があるか、伝達可能性があり、使用される周波数における熱エネルギーを透過しない他の材料からなる。典型的な材料は、アルミナの断熱板である。図示された実施形態におけるボックスは、上部分４０及び下部分４２を有し、それらの夫々は、図６及び７に示されるように、嵌合部２４を構成している。チャンネル４６は、それを通過する被加工品の搬送のために、第一の端部４８から第二の端部５０までボックスを通り抜けて設けられている。
【００３１】
複数のサセプタのロッド５１は、保温ボックスの長さ方向に沿って、第一の端部と第二の端部との間に配置されている。ロッドは、互いに間隔を設けられ、石英のロッド５３は、近接したサセプタロッドの間に配置されることで、チャンネル４６によって規定されているチャンバの長さ方向に沿って、サセプタのロッドの間隔を維持している。サセプタロッド及び石英のロッドは、チャンバの夫々の側面に沿って備えられている棚状の領域３２の上に支持されている。石英のロッドは、マイクロ波エネルギーに対して透過性を有する。サセプタロッドは、マイクロ波エネルギーを吸収し、マイクロ波エネルギーによって加熱され、チャンバを通り抜けて搬送される被加工品に熱を放射する。一般的に、マイクロ波の電力は、サセプタロッドにおいて、およそ５０％の侵入深さをもたらすレベルのようなものである。
【００３２】
サセプタロッド及びスペーサの構成要素は、マイクロ波に対する所望の吸収性及び透過性をもたらすための、任意の形状及びサイズのものにすることができる。ロッドは、マイクロ波によって加熱され、チャンバ内で放射することでチャンバ内における被加工品を加熱するように、所望の熱質量を合計でもたらす。サセプタロッドのサイズ及び近接したロッド間の間隔は、加熱炉のチャンバ内で所望の熱の均一性をもたらし、許容範囲にある熱効率に達するように決定されている。当該効率は、マグネトロン配列によって消費された電力の最少の量に対して得られる熱の量として規定されている。
【００３３】
図７及び９に示されている石英のディスク５４は、通常、チャンネル４６の下部の面に接触して配置され、当該下部の面に重なっており直接的な電磁場への暴露から、夫々のディスクの下に配置されている熱電対を保護する。熱電対のチップは、夫々の石英のプレートの溝の中に保持され、熱電対は、システムの制御装置へ温度の信号を提供する。ディスク５４は、コンベアベルトを載せることができる滑らかな表面を備えている、石英、又は、他の適切なプレート内に配置され得る。
【００３４】
サセプタロッドは、加熱の均一性、並びに、被加工品についてのマイクロ波及び放射加熱の間の調和を達成するようなサイズ及び間隔のものである。
【００３５】
サセプタは、高いマイクロ波の吸収性、高い機械的な強度及び耐熱衝撃性、高い動作温度における低い酸化性（ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）及び低い化学的な劣化性（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）を有している高い純度の高温複合セラミックス材料からなる。適切な材料は、ＳｉＣ、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、及びＡｌ２Ｏ３からなる群のうちのセラミックス材料である。
【００３６】
〔低温動作〕
典型的には、およそ６００℃よりも低い動作温度において、サセプタは、主にマイクロ波の場を制御又は調節することで、加熱炉のチャンバ内における被加工品へのより均一な加熱をもたらす。これらのより低い温度において、サセプタは、被加工品への多量の放射加熱に寄与しない。
【００３７】
これらのより低い温度において、サセプタは、加熱炉のチャンバ内の空気の塊への加熱に寄与し、その空気の塊はコンベアベルトの移動によって生じる対流電流によって撹拌又は移動され、加熱された対流空気は、被加工品への多少の加熱をもたらす。
【００３８】
〔二つの区間の閉塞部〕
二つの区間のマイクロ波の閉塞部１０６及び１０８（図１）は、図１０及び１１に示されている。夫々の閉塞部は、反射区域６０及び吸収区域６２を含んでいる。チャンネル６４は、フランジ６８を介して加熱炉のハウジングに取り付けられている一つの端部６６から、大気に開放されている反対側の端部７０までの長さに渡って備えられている。チャンネル６４は、加熱炉のチャンバに一列に並べられている。コンベアベルト１１０（図１）は、加熱炉を通り抜けて被加工品を搬送するために、夫々の閉塞部のチャンネル６４と、加熱炉のチャンバとを通り抜けて伸びている。
【００３９】
反射区域６０は、相殺的干渉によってマイクロ波の場を弱めるように作動する。チャンネル７２は、チャンネル６５に直交して備えられ、チャンネル６４からのマイクロエネルギーをその入射エネルギーと１８０℃位相が異なるそのチャンネルに戻るようにして反射できるように、構成及び寸法付されており、その結果、チャンネル６４におけるマイクロ波の場を消すか、実質的に弱める。図示された実施形態において、反射チャンネル７２は、鉢形の構成要素７４間の間隔によって形成されているが、反射チャンネルは、多くの他の構成によって備えることができる。
【００４０】
吸収区域６２は、マイクロ波をさらに弱めるように作動し図示された実施形態において、チャンネル６４の幅方向に交わって伸びており、チャンネルの上部及び下部に配置されている、長方形のロッド又はバー７６を含んでいる。バー７６は、マイクロ波吸収材料からなり、サセプタロッド又は他の複合材料において使用されている同じ材料、或いは、必要な特性を有している純物質であり得る。スペーサ７８は、下部の吸収バー７６の間に備えられ、スペーサ又は間隔材としての役割を果し、閉塞部の区域６２における実質的に連続的なフロアを規定する。スペーサ７８は、典型的には、石英でできている。実質的に連続的なフロアは、閉塞部のチャンネル６４を通過するコンベアベルトにおいて平坦な支持をもたらす。取付フランジ６８が含んでいる溝８０に、金属又は他の導電性のガスケットを配置することで、加熱炉の内壁に取り付けられている取付フランジを通り抜けるマイクロ波の漏出を防止することは、マイクロ波の技術において、それ自体は公知である。典型的な実施形態のための波長について寸法付は、図１１のように示される。
【００４１】
放射は反射区間の終わりで、およそ９０％まで低減される。マイクロ波のエネルギーは、ＥＭＩの漏出をもたらす吸収区間において、およそ５ｍｗ／ｃｍ２（非常に低い漏出であり、マイクロ波源からの漏出に対する規定の基準をはるかに下回っている）である閉塞部の端部７０からさらに弱まる。
【００４２】
閉塞部の区間の長さと、反射区間における反射チャンネルの数と、吸収区間における吸収性の構成要素は、閉塞部の出口端部から所望のＥＭＩの漏出の軽減をもたらすように決定される。
【００４３】
〔コンベアベルト〕
図示された実施形態におけるコンベアベルトは、織られた金属のベルトであり、それ自体は、公知の構造のものにすることができる。ベルトにおける金属ワイヤーは、マイクロ波のチャンバ内において、十分に小さな表面積を備えていることにより、マイクロ波のパフォーマンスを逆に妨げない。金属のベルトの存在をマイクロ波の配列の調整において考慮に入れることで、所望の加熱のパフォーマンスを妨げる可能性があり、マグネトロン源に干渉するか、又は、損傷を与える可能性がある、好ましくない反射を最小化することができる。他の実施形態において、非金属のコンベアベルトを、加熱炉を通り抜けて被加工品の搬送のために用いることができる。非金属のコンベアベルトは、例えば、同時係属の米国出願ＢＴＵ−１９７ＸＸに示されている。他のコンベアシステムには、異なる製品の形状及び生産物の重さに適応するローラ又は推進式などを利用することができる。
【００４４】
本発明は、特に示され、記載されているものに限定されず、添付された特許請求の範囲の趣旨及び正確な範囲を包含することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に基づく加熱炉システムの概略図である。
【図２Ａ】本発明に基づくマイクロ波源の絵画図である。
【図２Ｂ】図２ＡにおけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】マグネトロンの配列のための監視装置の概略図である。
【図４】マイクロ波源の配列の電場のパターンの概略図である。
【図５】加熱炉システムのための制御装置のブロック図である。
【図６】保温ボックスの上面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線に沿った立断面図である。
【図８】保温ボックスの絵画図である。
【図９】図７のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図１０】本発明に基づく、閉塞部の絵画図である。
【図１１】図１０の閉塞部の立断面図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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