JP2015049943A - マイクロ波加熱装置 - Google Patents
マイクロ波加熱装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015049943A JP2015049943A JP2013178618A JP2013178618A JP2015049943A JP 2015049943 A JP2015049943 A JP 2015049943A JP 2013178618 A JP2013178618 A JP 2013178618A JP 2013178618 A JP2013178618 A JP 2013178618A JP 2015049943 A JP2015049943 A JP 2015049943A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mhz
- microwave
- waveguide
- magnetron
- heating box
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)
- Microwave Tubes (AREA)
Abstract
Description
従来のマグネトロンにおいては、発振周波数として915MHzと、ISM(Industry Science Medical)バンドである2450MHzの2種類のものが実用化されている。市場においては、2450MHz又は915MHz帯を発振周波数とするマグネトロンが主流であり、特に2450MHzのものが多用されている。2450MHzのマグネトロンは、加工室及び被加熱物の大きさ、導波管サイズ等を小型化できる特徴を有することから、業務用、家庭用等の電子レンジのような加熱装置はもとより、半導体製造装置として、薄膜のドライエッチング用装置、マイクロ波プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)装置にも使用されている。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るマイクロ波加熱装置の構成を示す図である。本実施形態のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収納する金属加熱箱内にマイクロ波発振デバイスからのマイクロ波電力を伝送する導波管を有する高周波加熱装置に適用した例である。
図1に示すように、マイクロ波加熱装置1は、915MHzマグネトロン10と、915MHzマグネトロン10に結合し、915MHzマグネトロン10で発生した915MHzマイクロ波電力を伝送する915MHz導波管20と、被加熱物を収納可能な内部空間を有し、915MHz導波管20から伝送された915MHzマイクロ波電力を被加熱物に照射させる金属加熱箱30と、を備える。
上記915MHzマグネトロン10及び915MHz導波管20は、915MHzマイクロ波源15を構成する。915MHzマイクロ波源15は、金属加熱箱30の上面側に配置され、金属加熱箱30内にマイクロ波を照射する。
915MHzマグネトロン10は、915MHzマイクロ波を発振出力するマイクロ波発振デバイスである。
915MHzマグネトロン10は、マグネトロンアンテナ58(図2及び図3参照)を出力部として備え、発生した915MHzマイクロ波をマグネトロンアンテナ58により放射して915MHz導波管20に伝送させる。後記するように、マグネトロンアンテナ58は、915MHz導波管20の所定位置に挿入される。マグネトロンアンテナ58の高さは、2.450GHzマグネトロンのアンテナと同じ高さである。
915MHz導波管20は、915MHzマグネトロン10と結合し、915MHzマイクロ波電力を金属加熱箱30に伝送する伝送回路である。915MHz導波管20は、方形導波管であり方形の開口部20aを有する。開口部20aの幅寸法及び高さ寸法、並びに導波管の奥行き寸法等は、それぞれ下記の特徴を有する。
なお、915MHz導波管20の奥行き寸法(全長)と、開口部20aからマグネトロンアンテナ58までの寸法は、任意である。
金属加熱箱30は、被加熱物を収納しうる内部空間を有し、その1辺の長さが915MHzマイクロ波の自由空間波長(約33cm)以上の直方体構造である。具体的には、金属加熱箱30は、1辺の長さが915MHzマイクロ波の自由空間波長以上(ここでは411mm)とした、411Wmm×235hmm×320Dmmの角型筒体形状である。このサイズ及び形状は、一般的な電子レンジと同じ基本形状である。金属加熱箱30は、被加熱物を出し入れするドアー(図示省略)が、411Wmm×235hmmの面に取り付けられる。
図2は、915MHz導波管20の構成を示す斜視図である。図3は、図2の915MHz導波管20の構成を示す図であり、図3(a)はその上面図、図3(b)はその側面図である。
図2及び図3(a)(b)に示すように、915MHz導波管20は、金属加熱箱30(図1参照)内にマイクロ波を照射する開口部20aと、915MHzマグネトロン10が配置される面20bとを有する。開口部20aと反対側の面20bには、915MHzマグネトロン10(図1参照)が取り付けられ、当該取付位置には、915MHzマグネトロン10の同軸管外導体59に接続されたマグネトロンアンテナ58(後記図4参照)が挿入される。また、915MHz導波管20は、開口部20aの反対側の導波管内部に、マイクロ波を開口部20a側に反射して導くための金属反射板(短絡板)21を有する。金属反射板21は、マグネトロンアンテナ58位置基準として、マイクロ波進行方向と反対側に130〜140mmの位置に取り付けられる。なお、金属反射板21は、マイクロ波進行方向と反対側の915MHz導波管20の底部(有底筒管の底部)であってもよい。
図4は、915MHzマグネトロン10の構成図である。
図4に示すように、915MHzマグネトロン10は、永久磁石型900MHz帯のマグネトロンである。
915MHzマグネトロン10は、熱電子放出源となる陰極フィラメント(直熱形螺旋状陰極)51、複数枚の陽極ベイン52、及び陽極円筒部(陽極シリンダ)53を備える。
915MHzマグネトロン10は、円環状の永久磁石54,54a、磁極55,55a、ヨーク56,56a、アンテナリード57、マグネトロンアンテナ58、同軸管外導体59、円筒状のアンテナブロック60、セラミック等の絶縁体61、作用空間63、及び出力部69を備える。
上記出力部69は、アンテナリード57、マグネトロンアンテナ58、同軸管外導体59及びアンテナブロック60を含んで構成されている。なお、出力部69は、アンテナリード57のみをドームセラミックで覆った構造でもよい。
上記磁気回路部70は、磁気発生源である永久磁石54,54a及び磁極55,55a並びにヨーク56,56aを含んで構成されている。上記陰極部78は、熱電子放出源となる陰極フィラメント51及び上側及び下側エンドシールド71,72並びに陰極リード73,74等を含んで構成されている。上記陽極部79は、複数枚の陽極ベイン52及び陽極円筒部53と、ろう付け等で固着されるか、又は陽極円筒部53と共に押し出し成形により一体形成されている。
上記ヨーク56,56aは、磁気回路部70を構成する一方、永久磁石54,54a、磁極55,55a、アンテナリード57、陰極部78及び陽極部79を収容する筐体でもある。ヨーク56は、下面が開口した箱形の形状であり、ヨーク56aはその開口を塞ぐ蓋状の形状である。
陰極フィラメント51は、直流の4kV〜8kVの負の高電圧の印加状態において電子を放出し、この電子は、上記のように電界及び磁界の作用を受けて螺旋運動しながら各陽極ベイン52に高周波電界を形成する。この形成された高周波電界は、アンテナリード57及びマグネトロンアンテナ58を通してアンテナブロック58から915MHz導波管20(図1参照)へ出力される。
本発明者らは、915MHzマイクロ波源15の小型化を阻害する要因の一つが、915MHz導波管20の開口部20a寸法(サイズ)の大きさにあると認識し、開口部20aをいかに小さくできるかを鋭意検討した。その結果、915MHzマイクロ波伝送の遮断周波数と開口部20aの幅W寸法とに特定の関係があることを見出した。また、マグネトロンアンテナ58を基準位置としたとき金属反射板21位置により伝送効率が変わることを見出した。
まず、開口部20aの幅寸法(以降、幅W寸法という)について説明する。
915MHz導波管20は、915MHzマイクロ波源15を構成する。915MHzマイクロ波源15は、金属加熱箱30の上面側に配置され、金属加熱箱30内にマイクロ波を照射する。
次に、開口部20aの高さ寸法(以降、高さh寸法という)について説明する。
一般に、マグネトロンで発生したマイクロ波を導波管内に伝送させるためのマグネトロンのアンテナ高さは、自由空間波長のλ/4である。2450MHzマイクロ波では、マグネトロンのアンテナ高さは、12.2cm×1/4≒30mmとなる。つまり、2450MHzマグネトロンでは、マグネトロンアンテナが導波管高さ方向に約30mm挿入される。
したがって、915MHz導波管20の開口部20a寸法は、導波管形名WRJ−1のJIS規格247.65Wmm×123.83hmmと比較して、幅寸法で約67%、高さ寸法で約44%まで小型化されている。
図2及び図3において、915MHz導波管20高さを54.0mm、マグネトロンアンテナ58高さを32mmとした場合の915MHzマイクロ波源15のマイクロ波伝送特性をシミュレーションから求めた。
915MHz導波管20に挿入されるマグネトロンアンテナ58の構造は、915MHzマグネトロン10の出力部69(図4参照)を想定する。同軸管外導体59の径を37φmm、内導体となるマグネトロンアンテナ58の径を18φmmの同軸管構造とする。また、915MHz導波管20内に挿入されるマグネトロンアンテナ58の深さ(挿入される部分の長さ)は、32mmとする。
金属反射板21位置(BP寸法)130.2〜140.2mmで反射係数Γを0.10まで最小化する。ここでは、金属反射板21位置が、90.2mm、100.2mm、130.2mm、140.2mm、150.2mmの各BP寸法における周波数f及び反射係数Γを示している。反射係数Γ=0はマイクロ波の100%伝送を、反射係数Γ=1はマイクロ波の0%伝送を表す。Γ=0でアンテナから放射されたマイクロ波はすべて金属加熱箱30内に供給され被加熱物に吸収される。Γ=1.0では、被加熱物に吸収されるマイクロ波電力が0であることを表す。f=900MHzでは、BP寸法に関わらずΓ=1となるが、これは導波管幅寸法で決まる導波管遮断周波数である。
図6は、マイクロ波加熱装置1のマイクロ波電界分布のシミュレーション解析モデルを説明する図である。図7は、図6のシミュレーション解析モデルによるマイクロ波電界分布(シミュレーション結果)を示す図であり、図7(a)は、図6の水負荷Aを915MHzマイクロ波により加熱した場合のマイクロ波電界分布を、図7(b)は、図6の水負荷Bを915MHzマイクロ波により加熱した場合のマイクロ波電界分布をそれぞれ示す。また、図7(c)は、比較例として、図6の水負荷Aを2450MHzマイクロ波により加熱した場合のマイクロ波電界分布を、図7(d)は、比較例として、図6の水負荷Bを2450MHzマイクロ波により加熱した場合のマイクロ波電界分布をそれぞれ示す。なお、図6の()内数値は、後記する第2の実施形態の2450MHzマイクロ波源45(図8参照)を使用した場合の解析モデル例である。
915MHz導波管20を介して金属加熱箱30内に915MHzマイクロ波を照射する解析モデルについて、シミュレーションを行った。
第1の実施形態は、915MHzマイクロ波源を小型化して金属加熱箱に適用した例であるが、915MHzマイクロ波源が小型化されたことにより2450MHzマイクロ波源を併用することが可能である。
第2の実施形態は、本発明に係るマイクロ波加熱装置を、915MHzマイクロ波源と2450MHzマイクロ波源を併用した915MHz/2450MHzマイクロ波源に適用した例である。
図8に示すように、マイクロ波加熱装置2は、915MHzマグネトロン10と、915MHzマグネトロン10で発生したマイクロ波電力を伝送する915MHz導波管20と、2450MHzマグネトロン40と、2450MHzマグネトロン40で発生した2450MHzマイクロ波電力を伝送する2450MHz導波管50と、被加熱物を収納可能な内部空間を有し、915MHz導波管20から伝送された915MHzマイクロ波電力と2450MHz導波管50から伝送された2450MHzマイクロ波電力とを被加熱物に照射させる金属加熱箱30と、を備える。
上記2450MHzマグネトロン40及び2450MHz導波管50は、2450MHzマイクロ波源45を構成する。2450MHzマイクロ波源45は、金属加熱箱30の下面側に配置され、2450MHzマイクロ波照射口50aを通して金属加熱箱30内にマイクロ波を照射する。
2450MHz導波管50は、2450MHzマグネトロン40と結合し、2450MHzマイクロ波電力を金属加熱箱30に伝送する伝送回路である。2450MHz導波管50は、一般的に採用されているJIS形名WRJ−2であり、その開口部寸法であるマイクロ波照射口50aは、109.2Wmm×54.6hmmである。
なお、上述したように、915MHz導波管20の開口部20a高さ寸法は、2.450GHz導波管50で採用されている45〜54.6mmと同じ寸法である。
マグネトロンで発生したマイクロ波を導波管内に伝送させるためのマグネトロンのアンテナ高さは、自由空間波長のλ/4である。2450MHzマイクロ波では、12.2cm×1/4≒30mmである。このため、2450MHzマグネトロン40のマグネトロンアンテナ58を2450MHz導波管50の高さ方向に約30mm挿入する。また、915MHzマイクロ波では、330mm/4=82.5mmのアンテナ高さとなる。本実施形態では、915MHz導波管20高さは、2450MHz導波管50高さと略同じ54.0mmとした。915MHzマグネトロン10のアンテナ高さも2450MHzマグネトロン40と同じ30mm程度となる。
2450MHzマイクロ波源45(図8参照)を使用した解析モデル例は、図6の()内数値に示されている。
図6に示すように、金属加熱箱30の上面中央部に915MHzマイクロ波源15(図1参照)又は2450MHzマイクロ波源45(図8参照)を設置し、金属加熱箱30内に被加熱物として水負荷A,Bを入れて載置する。
915MHz導波管20又は2450MHz導波管50を介して金属加熱箱30内に915MHzマイクロ波又は2450MHzマイクロ波を照射する解析モデルについて、シミュレーションを行った。
一方、図7(c)(d)に示すように、2450MHzマイクロ波の場合は、マイクロ波照射面側である上面側に強いマイクロ波吸収が見られる。915MHzマイクロ波と2450MHzマイクロ波のマイクロ波吸収分布の差は明らかである。この知見から、915MHzマイクロ波と2450MHzマイクロ波を併用することにより、被加熱物に対し均一な内部加熱を実現できることになる。
図9(a)に示すように、915MHzマイクロ波では、負荷底面から1/3の位置で感温ゲル91が白濁化(網掛部分参照)している。
また、図9(b)に示すように、2450MHzマイクロ波では、マイクロ波照射面である上面側から感温ゲル91が白濁化(網掛部分参照)している。
以上により、図7のシミュレーション結果とほぼ同様な実験結果を得ることができた。
915MHzマイクロ波と2450MHzマイクロ波を併用するマイクロ波加熱装置2(図8参照)に適用することができる。マイクロ波加熱装置2は、例えば工業用電子レンジである。
図8の構造例の場合、2450MHzマイクロ波は金属加熱箱30下面から照射することになる。この場合のマイクロ波吸収分布シミュレーション結果を図10に、感温ゲル負荷実動作実験結果を図11に示した。
図10及び図11に示すように、感温ゲル91の白濁化(網掛部分参照)は照射面側である下面側から生じ、前記図7のシミュレーションと同じ結果となっている。
マイクロ波加熱装置2の915MHzマグネトロン10は、永久磁石タイプマグネトロンである。2450MHzマグネトロン40は、一般の電子レンジ用マグネトロン(800W)である。
基本構造は、915MHzマグネトロン10と2450MHzマグネトロン40は、共に同じである。発振周波数を決める陽極構造は、空洞共振器タイプであり、空洞のインダクタンスL、キャパシタCにより、915MHz又は2450MHzの共振器を設計する。例えば、前記図4に示した永久磁石タイプのマグネトロン構造を用いることができる。図4の陽極部79は、空洞共振器構造であり、915MHzマグネトロン10の場合、空洞のLを大きくするため、陽極部79の外径は90φmm程度である。また、2450MHzマグネトロン40の場合、陽極部79の外径は40φmm(800W出力)〜52φmm(6kW出力)である。なお、915MHzマグネトロン10と2450MHzマグネトロン40の永久磁石54,54a、陰極部78の仕様は同じである。
陽極電圧が同じ915MHzマグネトロン10と2450MHzマグネトロン40であれば、陽極電源1台でマグネトロンを並列接続し、同時動作させることができる。
10 915MHzマグネトロン
15 915MHzマイクロ波源
20 915MHz導波管
20a 開口部
21 金属反射板(短絡板)
30 金属加熱箱(加熱箱)
40 2450MHzマグネトロン
45 2450MHzマイクロ波源
50 2450MHz導波管
50a 2450MHzマイクロ波照射口
57 アンテナリード
58 マグネトロンアンテナ
59 同軸管外導体
Claims (6)
- 被加熱物を収納可能な内部空間を有する加熱箱と、
前記加熱箱に915MHzマイクロ波電力を伝送する915MHz導波管と、を備え、
前記加熱箱は、その1辺の長さが915MHzマイクロ波の自由空間波長以上であり、
前記915MHz導波管は、開口部幅寸法が915MHz遮断周波数に近接した当該遮断周波数の略半分の幅寸法である
ことを特徴とするマイクロ波加熱装置。 - 前記略半分幅寸法は、915MHz遮断周波数に近接した165〜180mmである
ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波加熱装置。 - 前記915MHz導波管の開口部の高さ寸法が45〜54.6mmである
ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波加熱装置。 - 前記915MHz導波管に挿入されるマイクロ波出力用アンテナ位置を基準とし、マイクロ波進行方向と反対方向に設ける反射板位置が130〜140mmである
ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波加熱装置。 - 前記915MHz導波管に挿入されるマイクロ波出力用アンテナの高さが、前記915MHz導波管の開口部の高さ寸法以下である
ことを特徴とする請求項4に記載のマイクロ波加熱装置。 - 前記加熱箱に2450MHzマイクロ波電力を伝送する2450MHz導波管をさらに備える
ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波加熱装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013178618A JP2015049943A (ja) | 2013-08-29 | 2013-08-29 | マイクロ波加熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013178618A JP2015049943A (ja) | 2013-08-29 | 2013-08-29 | マイクロ波加熱装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015049943A true JP2015049943A (ja) | 2015-03-16 |
Family
ID=52699828
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013178618A Pending JP2015049943A (ja) | 2013-08-29 | 2013-08-29 | マイクロ波加熱装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015049943A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017071166A1 (zh) * | 2015-10-28 | 2017-05-04 | 广东美的厨房电器制造有限公司 | 一种微波炉、矩形波导及其确定方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS49101945A (ja) * | 1972-12-21 | 1974-09-26 | ||
JPS537623Y2 (ja) * | 1971-09-03 | 1978-02-27 | ||
JPS60193292A (ja) * | 1984-03-15 | 1985-10-01 | 富士通株式会社 | 電子レンジ |
JPH01151301A (ja) * | 1987-12-08 | 1989-06-14 | Fujitsu Ltd | マイクロ波固体増幅装置 |
JPH09186506A (ja) * | 1995-10-31 | 1997-07-15 | Nec Eng Ltd | 分波器 |
JPH10125245A (ja) * | 1996-10-17 | 1998-05-15 | Toshiba Electron Eng Corp | 多空胴クライストロン装置 |
JP2008182621A (ja) * | 2007-01-26 | 2008-08-07 | Japan Radio Co Ltd | 導波管ハイパスフィルタ |
WO2009041696A1 (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-02 | Kyocera Corporation | 高周波モジュールおよび配線基板 |
-
2013
- 2013-08-29 JP JP2013178618A patent/JP2015049943A/ja active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS537623Y2 (ja) * | 1971-09-03 | 1978-02-27 | ||
JPS49101945A (ja) * | 1972-12-21 | 1974-09-26 | ||
JPS60193292A (ja) * | 1984-03-15 | 1985-10-01 | 富士通株式会社 | 電子レンジ |
JPH01151301A (ja) * | 1987-12-08 | 1989-06-14 | Fujitsu Ltd | マイクロ波固体増幅装置 |
JPH09186506A (ja) * | 1995-10-31 | 1997-07-15 | Nec Eng Ltd | 分波器 |
JPH10125245A (ja) * | 1996-10-17 | 1998-05-15 | Toshiba Electron Eng Corp | 多空胴クライストロン装置 |
JP2008182621A (ja) * | 2007-01-26 | 2008-08-07 | Japan Radio Co Ltd | 導波管ハイパスフィルタ |
WO2009041696A1 (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-02 | Kyocera Corporation | 高周波モジュールおよび配線基板 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017071166A1 (zh) * | 2015-10-28 | 2017-05-04 | 广东美的厨房电器制造有限公司 | 一种微波炉、矩形波导及其确定方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4670027B2 (ja) | マグネトロン | |
JP2006278311A (ja) | マグネトロン | |
KR20040044707A (ko) | 전자레인지용 마그네트론 | |
JP2015049943A (ja) | マイクロ波加熱装置 | |
KR100631734B1 (ko) | 마그네트론의 안테나 조립방법 | |
KR100451235B1 (ko) | 마그네트론의 입력부 차폐구조 | |
KR100539816B1 (ko) | 마그네트론의 초크 구조 | |
KR100550425B1 (ko) | 마그네트론의 안테나 피더 | |
KR101376621B1 (ko) | 마그네트론 | |
JP2014067615A (ja) | マグネトロン | |
JP5560366B1 (ja) | マイクロ波加熱装置 | |
KR100539815B1 (ko) | 마그네트론의 가스켓 링 결합구조 | |
KR100518011B1 (ko) | 마그네트론의 안테나 캡 설치구조 | |
KR200154588Y1 (ko) | 전자렌지의 도파관구조 | |
KR100455195B1 (ko) | 마그네트론의 자계집속구조 | |
KR100266604B1 (ko) | 마그네트론의 고주파 누설 방지구조 | |
KR100492608B1 (ko) | 마그네트론의 냉각핀 구조 | |
KR20030089303A (ko) | 마그네트론의 디스크구조 | |
KR100664298B1 (ko) | 마그네트론의 마그네트 장착구조 | |
KR20040061405A (ko) | 마그네트론의 리드 구조 | |
JP2010027503A (ja) | マグネトロン装置 | |
KR20050000759A (ko) | 마그네트론의 상부폴피스 구조 | |
KR100222055B1 (ko) | 마그네트론의 전자파 차폐구조 | |
JP3001097U (ja) | 高周波発振装置 | |
KR20040061408A (ko) | 마그네트론의 냉각핀 조립구조 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150525 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160510 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20160705 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160711 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161108 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20170606 |