JP5104048B2

JP5104048B2 - Microwave processing equipment

Info

Publication number: JP5104048B2
Application number: JP2007154768A
Authority: JP
Inventors: 等隆信江; 健治安井; 義治大森
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-06-12
Filing date: 2007-06-12
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2027-06-12
Also published as: JP2008310969A

Description

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具備するマイクロ波処理装置に関するものである。 The present invention relates to a microwave processing apparatus including a microwave generation unit configured using a semiconductor element.

従来のこの種のマイクロ波処理装置は、一般には電子レンジに代表されるようにマイク
ロ波発生部にマグネトロンと称される真空管を用いている。 In the conventional microwave processing apparatus of this type, a vacuum tube called a magnetron is generally used for a microwave generation section as represented by a microwave oven.

このマイクロ波発生部を半導体素子を用いて構成する時の主要な課題は、スピード加熱を実践できる大電力化、供給可能な商用電源電力の下で大電力動作をさせるための高効率動作、一般消費者にご購入していただける価値の提供である。 The main issues when constructing this microwave generator using semiconductor elements are high-power operation that can practice speed heating, high-efficiency operation for high-power operation under available commercial power supply, general This is the provision of value that can be purchased by consumers.

第一の課題に対しては、複数給電方式が提案されている。たとえば、加熱室を６面以上の多面体に形成し、各面の一部あるいは全部の面から放射アンテナを加熱室内に突出して配置したものがある（例えば、特許文献１参照）。 For the first problem, a multiple power feeding method has been proposed. For example, there is one in which the heating chamber is formed in a polyhedron having six or more surfaces, and a radiation antenna is disposed so as to protrude from a part or all of each surface into the heating chamber (for example, see Patent Document 1).

そして、互いの放射アンテナを異なる面に配したことで互いの干渉を防止できるとしている。さらには放射アンテナがそれぞれ異なる方向を向いているので放射された電波は加熱室内のあらゆる方向に伝搬し、壁面にて反射して散乱するため、加熱室内で電波は均一に分布するとしている。 And it is supposed that mutual interference can be prevented by arranging the mutual radiation antennas on different surfaces. Furthermore, since the radiating antennas are directed in different directions, the radiated radio wave propagates in all directions in the heating chamber and is reflected and scattered by the wall surface, so that the radio wave is uniformly distributed in the heating chamber.

また、複数のマイクロ波発生部を加熱室壁面に分散配置し、これらの発生部のうち少なくとも二つの壁面に配した発生部を時分割動作させるものがある（例えば、特許文献２参照）。 In addition, there is a type in which a plurality of microwave generation units are dispersedly arranged on the wall surface of the heating chamber, and the generation units arranged on at least two of the generation units are operated in a time-sharing manner (for example, see Patent Document 2).

そして、動作させるために選択したマイクロ波発生部を時分割動作させることで干渉による発生部の破壊を防止し同時動作させることができるとしている。また、直交関係にある壁面に配置した発生部は加熱室と発生部との結合を適当に選ぶことで互いに干渉しないように励振させることができ同時発振が可能であるとしている。 Then, the microwave generation unit selected for operation is operated in a time-sharing manner to prevent the generation unit from being destroyed due to interference and to be operated simultaneously. In addition, the generators arranged on the orthogonal wall surfaces can be excited so as not to interfere with each other by appropriately selecting the coupling between the heating chamber and the generator, and can be simultaneously oscillated.

第二の課題に対しては、ＳｉやＧａＡｓに対してバンドギャップが大きく高電圧高温動作が可能なＳｉＣやＧａＮを用いた半導体素子の進化があげられる。 The second problem is the evolution of semiconductor elements using SiC or GaN, which have a large band gap with respect to Si and GaAs and can be operated at high voltage and high temperature.

第三の課題に対しては、均一加熱の促進や被加熱物が受けるマイクロ波の受熱効率の向上がある。 For the third problem, there is promotion of uniform heating and improvement in heat receiving efficiency of microwaves received by the object to be heated.

これに対して、新たに位相器を備えたものとして、半導体発振部と、発振部の出力を複数に分割する分配部と、分配された出力をそれぞれ増幅する複数の増幅部と、増幅部の出力を合成する合成部とを有し、分配部と増幅部との間に位相器を設けたものがある（例えば、特許文献３参照）。 On the other hand, as a newly provided phase shifter, a semiconductor oscillating unit, a distributing unit that divides the output of the oscillating unit into a plurality, a plurality of amplifying units that respectively amplify the distributed output, and an amplifying unit Some have a combining unit that combines outputs, and a phase shifter is provided between the distributing unit and the amplifying unit (see, for example, Patent Document 3).

そして、位相器はダイオードのオンオフ特性によりマイクロ波の通過線路長を切り替える構成としている。また、合成部は９０度および１８０度ハイブリッドを用いることで合成部の出力を２つにすることができ、位相器を制御することで２出力の電力比を変化させたり、２出力間の位相を同相あるいは逆相にすることができるとしている。 The phase shifter is configured to switch the microwave pass line length according to the on / off characteristics of the diode. In addition, the synthesis unit can use two 90 degree and 180 degree hybrids, so that the output of the synthesis unit can be made two. By controlling the phase shifter, the power ratio of the two outputs can be changed, or the phase between the two outputs can be changed. Can be in phase or out of phase.

また、受熱効率向上に対しては、被加熱物を収納した加熱室からマイクロ波発生部側に戻ってくる反射電力を検出し、その反射電力信号に基づいて、例えば、反射電力が最小になる発振周波数を追尾させるものがある（例えば、特許文献４参照）。
特開昭５２−１９３２４２号公報特開昭５３−５４４５号公報特開昭５６−１３２７９３号公報特開昭５６−９６４８６号公報 For improving the heat receiving efficiency, the reflected power returning from the heating chamber containing the object to be heated to the microwave generator side is detected, and, for example, the reflected power is minimized based on the reflected power signal. Some track the oscillation frequency (see, for example, Patent Document 4).
JP-A-52-193242 Japanese Patent Laid-Open No. 53-5445 JP 56-132793 A JP-A-56-96486

しかしながら、前記従来の複数給電方式は、加熱室内に供給できるマイクロ波電力量は大きくできるが、加熱室内に収納される様々な形状・量の被加熱物のすべてに対して、供給したマイクロ波を効率よく受熱させることは従来の各種技術を総合的に組み合したとしても困難である。 However, although the conventional multiple power feeding method can increase the amount of microwave power that can be supplied into the heating chamber, the supplied microwaves can be supplied to all of the objects to be heated in various shapes and amounts stored in the heating chamber. It is difficult to receive heat efficiently even if various conventional technologies are combined together.

この困難さは加熱室から反射してマイクロ波発生部側に戻ってくるマイクロ波電力によって半導体素子を熱破壊に至らしめる重要な実用課題を有する。 This difficulty has an important practical problem of causing the semiconductor element to be thermally destroyed by the microwave power reflected from the heating chamber and returning to the microwave generation unit.

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、複数給電方式において、加熱室側から戻ってくる反射電力信号に基づくマイクロ波発生部内部の動作を最適に制御することで、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物に対する受熱効率を高めるとともにその被加熱物を所望の状態に加熱するマイクロ波処理装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and in the multiple power feeding method, various operations are performed by optimally controlling the operation inside the microwave generation unit based on the reflected power signal returning from the heating chamber side. An object of the present invention is to provide a microwave processing apparatus that increases the heat receiving efficiency for heated objects of different types and amounts and heats the heated objects to a desired state.

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、被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、前記加熱室を構成する対向壁面にそれぞれ配置し、前記マイクロ波発生部が発生するマイクロ波を前記加熱室に供給する複数の給電部と、前記給電部から放射されるマイクロ波の位相差を可変する位相可変器と、前記給電部が前記加熱室から受け取る電力量を検出する反射電力検出部と、前記反射電力検出部の信号に基づいて前記マイクロ波発生部と前記位相可変器とを制御する制御部とを備え、前記制御部は、位相差無しの時の各反射電力検出部の信号に基づいて被加熱物の載置位置を判定するものであり、給電部は、加熱室を構成する対向壁面にそれぞれ配置した構成からなるものであり、これにより被加熱物を異なる方向から加熱することができる。 In order to solve the conventional problems, the microwave processing apparatus of the present invention includes a heating chamber for storing an object to be heated, a microwave generating unit for generating microwaves, and an opposing wall surface constituting the heating chamber, respectively. A plurality of power supply units arranged to supply the microwave generated by the microwave generation unit to the heating chamber, a phase variable device that varies the phase difference of the microwaves radiated from the power supply unit, and the power supply unit a reflected power detecting section for detecting an amount of power received from the heating chamber, on the basis of the reflected power detection part of the signal and a control unit for controlling said phase changing with the microwave generation part, wherein the control unit The placement position of the object to be heated is determined based on the signal of each reflected power detection unit when there is no phase difference , and the power feeding unit is configured to be disposed on each opposing wall surface that constitutes the heating chamber. And It is possible to heat an object to be heated from different directions by Les.

また、各給電部から供給された複数のマイクロ波の位相差を変化させることでそれぞれのマイクロ波が加熱室空間内でぶつかり合うタイミングや被加熱物に入射して電力吸収されるタイミングが変化し、被加熱物の載置位置を判定や各給電部への反射電力を低減できる。 In addition, by changing the phase difference between the multiple microwaves supplied from each power supply unit, the timing at which each microwave collides in the heating chamber space and the timing at which power is absorbed by entering the object to be heated change. The placement position of the object to be heated can be determined and the reflected power to each power feeding unit can be reduced.

これらの制御を最適に組合わせることで、各給電部から放射するマイクロ波のエネルギを効率よく被加熱物に供給させることができる。 By optimally combining these controls, the microwave energy radiated from each power feeding section can be efficiently supplied to the object to be heated.

本発明のマイクロ波処理装置は、複数給電方式において、加熱室側から戻ってくる反射電力信号に基づくマイクロ波発生部内部の動作を最適に制御することで、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物に対する受熱効率を高めるとともにその被加熱物を所望の状態に加熱するマイクロ波処理装置を提供することができる。 The microwave processing apparatus of the present invention has various shapes, types, and quantities by optimally controlling the operation inside the microwave generation unit based on the reflected power signal returned from the heating chamber side in the multiple power feeding method. It is possible to provide a microwave processing apparatus that increases the heat receiving efficiency of an object to be heated and heats the object to be heated to a desired state.

第１の発明は、被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、前記加熱室を構成する対向壁面にそれぞれ配置し、前記マイクロ波発生部が発生するマイクロ波を前記加熱室に供給する複数の給電部と、前記給電部から放射されるマイクロ波の位相差を可変する位相可変器と、前記給電部が前記加熱室から受け取る電力量を検出する反射電力検出部と、前記反射電力検出部の信号に基づいて前記マイクロ波発生部と前記位相可変器とを制御する制御部とを備え、前記制御部は、位相差無しの時の各反射電力検出部の信号に基づいて被加熱物の載置位置を判定するものであり、給電部は、加熱室を構成する対向壁面にそれぞれ配置した構成からなるものであり、これにより被加熱物を異なる方向から加熱することができる。また、各給電部から供給された複数のマイクロ波の位相差を変化させることでそれぞれのマイクロ波が加熱室空間内でぶつかり合うタイミ
ングや被加熱物に入射して電力吸収されるタイミングが変化し、被加熱物の載置位置を判定や各給電部への反射電力を低減できる。これらの制御を最適に組合わせることで、各給電部から放射するマイクロ波のエネルギを効率よく被加熱物に供給させることができる。 1st invention arrange | positions in the heating chamber which accommodates to-be-heated material, the microwave generation part which generates a microwave , and the opposing wall surface which comprises the said heating chamber, respectively, The microwave which the said microwave generation part generate | occur | produces A plurality of power feeding units that supply the heating chamber, a phase variable device that varies the phase difference of the microwaves radiated from the power feeding unit, and a reflected power detection that detects the amount of power that the power feeding unit receives from the heating chamber parts and the equipped with the microwave generating unit based on the signal of the reflected power detecting section and the control section for controlling the phase changing, the control unit, of the reflected power detecting section at the time of no phase difference The placement position of the object to be heated is determined based on the signal , and the power feeding unit is configured to be disposed on each of the opposing wall surfaces constituting the heating chamber, thereby heating the object to be heated from different directions. It is possible to Kill. In addition, by changing the phase difference between the multiple microwaves supplied from each power supply unit, the timing at which each microwave collides in the heating chamber space and the timing at which power is absorbed by entering the object to be heated change. The placement position of the object to be heated can be determined and the reflected power to each power feeding unit can be reduced. By optimally combining these controls, the microwave energy radiated from each power feeding section can be efficiently supplied to the object to be heated.

また、制御部は、位相差無しの時の各反射電力検出部の信号に基づいて、被加熱物の載置位置を判定することとしたものであり、対向配置の給電部への反射電力量の大小関係に基づき、反射電力の大きい給電部側に被加熱物が偏って載置されていると判定できる。そして、この偏って載置された被加熱物に対して給電部間の位相差を最適に制御することで、マイクロ波エネルギをより効率よく被加熱物に供給させることができる。 In addition, the control unit determines the placement position of the object to be heated based on the signal of each reflected power detection unit when there is no phase difference, and the amount of reflected power to the power supply unit disposed oppositely. On the basis of the magnitude relationship, it can be determined that the object to be heated is biased and placed on the side of the power feeding unit having a large reflected power. The microwave energy can be more efficiently supplied to the object to be heated by optimally controlling the phase difference between the power feeding units with respect to the object to be heated placed in a biased manner.

第２の発明は、特に第１の発明の制御部は、被加熱物の載置位置判定結果に基づき、被加熱物に近い側の給電部から供給するマイクロ波の量を被加熱物から遠い側にある給電部から供給するマイクロ波の量よりも少なくなるように制御したことで、直接入射による不均一な加熱分布を緩和でき、被加熱物を良好な状態に加熱させることができる。
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。 In the second aspect of the invention, in particular, the control unit of the first aspect of the invention is far from the object to be heated based on the placement position determination result of the object to be heated. By controlling so as to be smaller than the amount of microwave supplied from the power supply unit on the side, the uneven heating distribution due to direct incidence can be relaxed, and the object to be heated can be heated in a good state.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

（実施の形態１）
図１において、マイクロ波発生部１０は半導体素子を用いて構成した発振部１１、この発振部１１の出力信号を電力分配する分配部１２、この分配部１２のそれぞれの出力を後段の半導体素子を用いて構成した初段増幅部１３ａ、１３ｂに導くマイクロ波伝送路１４ａ、１４ｂ、前記初段増幅部１３ａ、１３ｂのそれぞれの出力をさらに増幅する半導体素子を用いて構成した主増幅部１５ａ、１５ｂ、この主増幅部１５ａ，１５ｂの出力をマイクロ波発生部１０の出力部１６ａ、１６ｂに導くマイクロ波伝送路１７ａ、１７ｂ、前記マイクロ波伝送路１４ｂに挿入配置した位相可変器１８、前記マイクロ波伝送路１７ａ、１７ｂに挿入配置した少なくとも反射電力を検出する反射電力検出部１９ａ、１９ｂとで構成している。 (Embodiment 1)
In FIG. 1, a microwave generation unit 10 includes an oscillation unit 11 configured using semiconductor elements, a distribution unit 12 that distributes the output signal of the oscillation unit 11, and outputs each of the distribution units 12 to subsequent semiconductor elements. Main amplification units 15a and 15b configured using semiconductor elements for further amplifying the respective outputs of the microwave transmission paths 14a and 14b guided to the first stage amplification units 13a and 13b configured using the first stage amplification units 13a and 13b, Microwave transmission paths 17a and 17b for guiding the outputs of the main amplification sections 15a and 15b to the output sections 16a and 16b of the microwave generation section 10, the phase shifter 18 inserted in the microwave transmission path 14b, and the microwave transmission path It is comprised by the reflected power detection part 19a, 19b which detects at least the reflected power inserted and arrange | positioned at 17a, 17b.

初段増幅部１３ａ，１３ｂおよび主増幅部１５ａ、１５ｂは、低誘電損失材料からなる誘電体基板２０の片面に形成した導電体パターンにて回路を構成し、各増幅部の増幅素子である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。 The first stage amplifying units 13a and 13b and the main amplifying units 15a and 15b constitute a circuit with a conductor pattern formed on one surface of a dielectric substrate 20 made of a low dielectric loss material, and are semiconductor elements which are amplifying elements of the respective amplifying units. Matching circuits are arranged on the input side and the output side of each semiconductor element in order to operate the semiconductor device satisfactorily.

マイクロ波伝送路１４ａ、１４ｂ、１７ａ、１７ｂは、誘電体基板２０の片面に設けた導電体パターンによって特性インピーダンスが５０Ωの伝送回路を形成している。 The microwave transmission paths 14 a, 14 b, 17 a, and 17 b form a transmission circuit having a characteristic impedance of 50Ω by a conductor pattern provided on one surface of the dielectric substrate 20.

電力分配器１２は、３ｄＢブランチラインカプラー構成とし、特性インピーダンス５０Ωでその電気長λ／４（λは使用周波数帯の中央周波数の実効波長）からなるマイクロストリップ線路１２ａ、１２ｄと、特性インピーダンス３５．３５Ωで電気長λ／４のマイクロストリップ線路１２ｂ、１２ｃで構成している。 The power distributor 12 has a 3 dB branch line coupler configuration, has a characteristic impedance of 50Ω, and has an electrical length of λ / 4 (λ is an effective wavelength of the center frequency of the used frequency band), and a characteristic impedance of 35. The microstrip lines 12b and 12c are 35Ω and have an electrical length of λ / 4.

この構成により、発振部１１の出力電力は、電力分配器１２により略１／２ずつ分配された出力を生じる。また、マイクロ波伝送路１４ｂを伝送するマイクロ波信号を基準にするとマイクロ波伝送路１４ａを伝送するマイクロ波信号は、９０度位相が遅れた信号として伝送する。位相可変器１８は、略１８０度の位相遅延を行うもので、これにより初段増幅部１３ａ、１３ｂのそれぞれに入力するマイクロ波の位相差は、最大略１８０度を形成できる。 With this configuration, the output power of the oscillating unit 11 generates an output that is distributed approximately ½ by the power distributor 12. When the microwave signal transmitted through the microwave transmission path 14b is used as a reference, the microwave signal transmitted through the microwave transmission path 14a is transmitted as a signal delayed by 90 degrees in phase. The phase shifter 18 performs a phase delay of about 180 degrees, and thereby, the phase difference of the microwaves input to the first stage amplifying units 13a and 13b can form a maximum of about 180 degrees.

一方、被加熱物を収納するとともにマイクロ波発生部１０の出力が供給される加熱室１００を備える。この加熱室１００は、被加熱物を出し入れする扉（図示していない）を一
面に配し、それ以外の壁面は金属材料で構成し、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。 On the other hand, a heating chamber 100 in which an object to be heated is accommodated and the output of the microwave generator 10 is supplied is provided. The heating chamber 100 has a door (not shown) for taking in and out the object to be heated on one side, the other wall surfaces are made of a metal material, and the supplied microwave is confined inside. Yes.

加熱室１００内の下方には、加熱室底壁面１０１と所定の間隔をもって被加熱物を載置する低誘電損失材料からなる載置板１０２を配する。 Below the heating chamber 100, a mounting plate 102 made of a low dielectric loss material on which the object to be heated is mounted with a predetermined distance from the heating chamber bottom wall surface 101 is disposed.

また、加熱室１００の対向する壁面である左右の壁面１０３、１０４のそれぞれの略中央には、給電部である放射手段１０５、１０６を配置している。 Further, radiating means 105 and 106 that are power feeding units are arranged at substantially the center of the left and right wall surfaces 103 and 104 that are the opposing wall surfaces of the heating chamber 100.

マイクロ波発生部１０の発振部１１は、２４００ＭＨｚから２５００ＭＨｚの周波数を発生する周波数可変機能を備える。そしてマイクロ波発生部１０の出力１６ａ、１６ｂと放射手段１０５、１０６とは同軸線路２１ａ、２１ｂで接続されている。 The oscillation unit 11 of the microwave generation unit 10 has a frequency variable function for generating a frequency from 2400 MHz to 2500 MHz. The outputs 16a and 16b of the microwave generator 10 and the radiation means 105 and 106 are connected by coaxial lines 21a and 21b.

また、制御部２２は、マイクロ波発生部１０の反射電力検出部１９ａ、１９ｂが検出した信号を受け取り各種の処理を行った後、発振部１１の発振周波数の可変制御、位相可変器１８の位相可変制御、主増幅器１５ａ、１５ｂのそれぞれに供給する駆動電圧制御を行う。 The control unit 22 receives the signals detected by the reflected power detection units 19 a and 19 b of the microwave generation unit 10 and performs various processes, and then performs variable control of the oscillation frequency of the oscillation unit 11 and the phase of the phase variable unit 18. Variable control and drive voltage control supplied to each of the main amplifiers 15a and 15b are performed.

反射電力検出部１９ａ、１９ｂは、結合度が約４０ｄＢの方向性結合器で構成し、反射電力の約１／１００００の電力量を抽出する。 The reflected power detectors 19a and 19b are configured by directional couplers having a coupling degree of about 40 dB, and extract an amount of power that is about 1/10000 of the reflected power.

この電力信号はそれぞれ、検波ダイオード（図示していない）で整流化しコンデンサ（図示していない）で平滑処理し、その出力信号を制御部２２に入力させている。 The power signals are rectified by a detection diode (not shown), smoothed by a capacitor (not shown), and the output signal is input to the control unit 22.

また、マイクロ波発生部１０には半導体素子の発熱を放熱させる放熱手段（図示していない）を配する。 The microwave generator 10 is provided with a heat radiating means (not shown) for radiating heat generated by the semiconductor element.

以上のように構成されたマイクロ波処理装置について、以下その動作と作用を図２を参照しながら説明する。 The operation and action of the microwave processing apparatus configured as described above will be described below with reference to FIG.

まず被加熱物を加熱室１００に収納し、その加熱条件を操作部（図示していない）から入力し、加熱開始キーを押す。加熱開始信号を受けた制御部２２の制御出力信号によりマイクロ波発生部１０を第１の出力電力、たとえば１００Ｗ未満、に設定して動作を開始する（Ｓ１１）。このとき制御部２２は、発振部１１の初期の発振周波数は、例えば２４５０ＭＨｚに設定する信号を供給し、発振を開始させる。以降、所定の駆動電源電圧を初段増幅部１３ａ、１３ｂに供給し初段増幅部を動作させ、次に主増幅部１５ａ、１５ｂに所定駆動電圧を供給し主増幅部を動作させる。 First, the object to be heated is stored in the heating chamber 100, the heating condition is input from an operation unit (not shown), and the heating start key is pressed. The microwave generator 10 is set to the first output power, for example, less than 100 W, by the control output signal of the controller 22 that has received the heating start signal, and the operation is started (S11). At this time, the control unit 22 supplies a signal for setting the initial oscillation frequency of the oscillation unit 11 to 2450 MHz, for example, and starts oscillation. Thereafter, a predetermined drive power supply voltage is supplied to the first stage amplifiers 13a and 13b to operate the first stage amplifier, and then a predetermined drive voltage is supplied to the main amplifiers 15a and 15b to operate the main amplifier.

このときの各主増幅部に供給する駆動電圧は主増幅部のそれぞれがたとえば５０Ｗのマイクロ波電力を出力する電圧である。また、位相可変器１８は位相遅延９０度に制御している。 The driving voltage supplied to each main amplifying unit at this time is a voltage at which each main amplifying unit outputs microwave power of 50 W, for example. Further, the phase variable device 18 is controlled to a phase delay of 90 degrees.

この結果、マイクロ波発生部１０の２つの出力は位相差無しの状態となっている。 As a result, the two outputs of the microwave generator 10 are in a state with no phase difference.

次にＳ１２では、発振部１１の発振周波数を初期の２４５０ＭＨｚから０．１ＭＨｚピッチ（たとえば、１０ミリ秒で１ＭＨｚ）で低い周波数側に変化させ、周波数可変範囲の下限である２４００ＭＨｚに到達すると１ＭＨｚピッチで周波数を高く変化させ、２４５０ＭＨｚに到達すると再び０．１ＭＨｚピッチで周波数可変範囲の上限である２５００ＭＨｚまで変化させる。 Next, in S12, the oscillation frequency of the oscillating unit 11 is changed from the initial 2450 MHz to a lower frequency side with a 0.1 MHz pitch (for example, 1 MHz in 10 milliseconds), and when the frequency reaches the lower limit of 2400 MHz, the 1 MHz pitch. Then, the frequency is changed to high, and when it reaches 2450 MHz, it is changed again to 2500 MHz which is the upper limit of the frequency variable range at a pitch of 0.1 MHz.

この周波数可変の中で反射電力検出器１９ａ、１９ｂから得られる反射電力を記憶し、Ｓ１３に進む。Ｓ１３では、二つの反射電力の合計値が最小となる周波数（ｆ１）を選定する。 The reflected power obtained from the reflected power detectors 19a and 19b in the variable frequency is stored, and the process proceeds to S13. In S13, a frequency (f1) that minimizes the total value of the two reflected powers is selected.

次のＳ１４では、反射電力最小の周波数における各給電部が受ける反射電力値と既定値とを比較する。 In next S14, the reflected power value received by each power feeding unit at the frequency with the minimum reflected power is compared with a predetermined value.

この既定値は、マイクロ波発生部に組み込まれた放熱構成に基づいて決定したマイクロ波発生部が許容する最大熱損失量からマイクロ波発生部を無反射条件（すなわち整合負荷）で動作させた時のマイクロ波発生部の熱損失量を減算した値としたものである。 This default value is determined when the microwave generator is operated under non-reflective conditions (ie matched load) from the maximum heat loss allowed by the microwave generator determined based on the heat dissipation configuration built into the microwave generator. This is a value obtained by subtracting the heat loss amount of the microwave generation part.

なお、既定値は、絶対値とする方法と、マイクロ波発生部の出力に対する相対比率値とする方法のいずれでも構わない。 Note that the predetermined value may be either an absolute value method or a relative ratio value with respect to the output of the microwave generation unit.

そして各給電部の反射電力値と既定値との比較において、既定値以下の場合は、Ｓ１５に進む。一方、既定値を超過している場合には、Ｓ１６に進み、マイクロ波発生部１０のいわゆる定格出力に相当する第２の出力電力を発生させる動作環境下において反射電力値が既定値以下になるように、各主増幅器１５ａ、１５ｂに供給する駆動電圧を抽出する。 Then, in the comparison between the reflected power value of each power feeding unit and the default value, if it is equal to or less than the default value, the process proceeds to S15. On the other hand, when the predetermined value is exceeded, the process proceeds to S16, and the reflected power value becomes equal to or lower than the predetermined value under the operating environment in which the second output power corresponding to the so-called rated output of the microwave generation unit 10 is generated. Thus, the drive voltage supplied to each main amplifier 15a, 15b is extracted.

この抽出にあたり、駆動電圧は、マイクロ波発生部１０の定格出力に対して、１００％、９０％、７５％、６０％、１５％（これは第１の出力電力の発生時に使用する）の５段階の駆動電圧群を用意しており、この駆動電圧群の中から既定値を超過することなく最大出力を発生できる駆動電圧が抽出される。 In this extraction, the driving voltage is 100%, 90%, 75%, 60%, and 15% of the rated output of the microwave generation unit 10 (this is used when the first output power is generated). A stage drive voltage group is prepared, and a drive voltage that can generate a maximum output without exceeding a predetermined value is extracted from the drive voltage group.

なお、主増幅器ごとに駆動電圧は最適選択できる。この駆動電圧の抽出処理を終えるとＳ１５に進む。 The driving voltage can be optimally selected for each main amplifier. When this drive voltage extraction process is completed, the process proceeds to S15.

Ｓ１５では、マイクロ波発生部１０を定格出力である第２の出力電力を発生するように主増幅器１５ａ、１５ｂの駆動電圧を設定する。 In S15, the driving voltages of the main amplifiers 15a and 15b are set so that the microwave generator 10 generates the second output power that is the rated output.

なお、この時の駆動電圧はＳ１６を経由した処理の場合は、Ｓ１６で決定した駆動電圧に設定される。 Note that the drive voltage at this time is set to the drive voltage determined in S16 in the case of processing via S16.

Ｓ１７では、Ｓ１３で抽出された発振周波数ｆ１とＳ１５で決定された第２の出力電力でもって被加熱物の本加熱が開始される。 In S17, the main heating of the object to be heated is started with the oscillation frequency f1 extracted in S13 and the second output power determined in S15.

Ｓ１８では、被加熱物の高速かつ均一加熱を行うために位相可変器１８を制御し給電部から供給されるマイクロ波の位相差を変化させる。 In S18, the phase shifter 18 is controlled to change the phase difference of the microwave supplied from the power feeding unit in order to perform uniform heating of the object to be heated at high speed.

Ｓ１９では、変化させた位相差の下で各給電部が受け取る反射電力値が上述の既定値以下かどうかを判定する。 In S19, it is determined whether or not the reflected power value received by each power supply unit under the changed phase difference is equal to or less than the above-described predetermined value.

既定値以下の場合はＳ２０に進む。既定値を超過している場合は、Ｓ２１に進み、既定値以下になるように対象の主増幅部の駆動電圧を最適な駆動電圧に変更し、Ｓ２０に進む。 If it is equal to or less than the predetermined value, the process proceeds to S20. When the predetermined value is exceeded, the process proceeds to S21, the drive voltage of the target main amplification unit is changed to an optimum drive voltage so as to be equal to or less than the predetermined value, and the process proceeds to S20.

Ｓ２０では、被加熱物の仕上り程度を判定するものであり、たとえば赤外線量検知手段を備えるものにあっては、被加熱物の表面温度を抽出し、目標の仕上り温度に到達しているかどうかを比較判定する。 In S20, the degree of finish of the object to be heated is determined. For example, in the case of an apparatus equipped with an infrared ray detection means, the surface temperature of the object to be heated is extracted to determine whether the target finish temperature has been reached. Judge by comparison.

目標温度未達の場合は、Ｓ１８に戻る。目標温度に到達しているとマイクロ波発生部１０の動作を停止させて加熱を終了する。 If the target temperature has not been reached, the process returns to S18. When it reaches the target temperature that Ryosu final heating is stopped the operation of the microwave generation part 10.

以上、加熱制御内容について説明したが、ここの制御における作用について以下に述べる。 The contents of the heating control have been described above, but the operation in this control will be described below.

周波数を変化させることにより、各給電部１０５、１０６から被加熱物が収納された加熱室１００側を見たときの負荷インピーダンスを変化させることができる。そして、最適な周波数を選択することで各給電部からマイクロ波発生部１０側を見たときの電源インピーダンスに負荷インピーダンスを近づけることで各給電部への反射電力を低減できる。 By changing the frequency, it is possible to change the load impedance when the heating chamber 100 side in which the object to be heated is stored is viewed from the power feeding units 105 and 106. Then, by selecting the optimum frequency, the reflected power to each power supply unit can be reduced by bringing the load impedance closer to the power supply impedance when the microwave generation unit 10 is viewed from each power supply unit.

また、各給電部から供給された複数のマイクロ波の位相差を変化させることでそれぞれのマイクロ波が加熱室空間内でぶつかり合うタイミングや被加熱物に入射して電力吸収されるタイミングが変化し各給電部への反射電力を変化させることができる。 In addition, by changing the phase difference between the multiple microwaves supplied from each power supply unit, the timing at which each microwave collides in the heating chamber space and the timing at which power is absorbed by entering the object to be heated change. The reflected power to each power feeding unit can be changed.

また、被加熱物の均一加熱の促進を図る位相可変１８の制御において、反射電力検出部１９ａ、１９ｂでそれぞれ検出する反射電力量が既定値を超過する場合にはマイクロ波発生部１０の出力を低減させることとした構成により、加熱室内に供給する出力を低減させることで反射電力も低減できマイクロ波発生部１０を熱破壊から確実に保護することができる。 Further, in the control of the phase variable 18 that promotes uniform heating of the object to be heated, when the reflected power amounts detected by the reflected power detectors 19a and 19b exceed a predetermined value, the output of the microwave generator 10 is set. By reducing the output to be supplied into the heating chamber, the reflected power can be reduced and the microwave generator 10 can be reliably protected from thermal destruction.

また、位相可変器１８を電力分配部１２と増幅部１３ｂの間に設けた構成により、増幅部出力間、しいては各給電部１０５、１０６から加熱室１００内に供給するマイクロ波の位相差を確実に制御させることができる。 Further, the phase variable device 18 is provided between the power distribution unit 12 and the amplification unit 13b, so that the phase difference of the microwaves supplied between the amplification unit outputs, that is, the power supply units 105 and 106 into the heating chamber 100 is provided. Can be reliably controlled.

また、マイクロ波発生部１０の出力可変は、主増幅部１５ａ、１５ｂの駆動電圧を可変制御させる構成からなり、反射電力が既定値を超過の場合は駆動電圧を低減して増幅動作に伴う熱損失量を減少させるとともに反射電力も低減させることで増幅部の半導体素子が被る熱損失を許容最大値以下にして装置の信頼性を確保することができる。 Further, the output of the microwave generator 10 is configured to variably control the drive voltages of the main amplifiers 15a and 15b. When the reflected power exceeds a predetermined value, the drive voltage is reduced to reduce the heat accompanying the amplification operation. By reducing the amount of loss and reducing the reflected power, the heat loss experienced by the semiconductor element of the amplifying unit can be reduced to an allowable maximum value or less to ensure the reliability of the apparatus.

また、装置実装上でのマイクロ波発生部１０の実用上の放熱設計に基づいてマイクロ波発生部が熱破壊せずに許容できる最大反射電力量に相当する値を既定値としたことで、マイクロ波発生部に使用される半導体素子の熱破壊を防止し装置の実用上の信頼性を確保することができる。 Further, based on the practical heat radiation design of the microwave generation unit 10 on the device mounting, the value corresponding to the maximum reflected power amount that the microwave generation unit can tolerate without thermal destruction is set as the default value. It is possible to prevent thermal destruction of the semiconductor element used in the wave generating unit and to ensure practical reliability of the apparatus.

さらに、給電部１０５、１０６は、加熱室１００を構成する対向壁面１０３、１０４にそれぞれ配置した構成からなるものであり、これにより被加熱物を異なる方向から加熱することができる。 Further, the power feeding units 105 and 106 are configured to be disposed on the opposing wall surfaces 103 and 104 constituting the heating chamber 100, respectively, whereby the object to be heated can be heated from different directions.

（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２について説明する。 (Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

これは、給電部を加熱室を構成する対向壁面にそれぞれ配置した構成において、各給電部から位相差無しのマイクロ波を加熱室１００内に供給した時に各給電部１０５、１０６が受け取る反射電力に基づいて、被加熱物の載置位置を判定するものである。 This is because the reflected power received by each of the power supply units 105 and 106 when a microwave having no phase difference is supplied from each power supply unit into the heating chamber 100 in a configuration in which the power supply units are respectively disposed on the opposing wall surfaces constituting the heating chamber. Based on this, the placement position of the object to be heated is determined.

つまり、対向配置の給電部への反射電力量の大小関係に基づき、被加熱物への直接入射
が多いマイクロ波は、被加熱物表面で反射したマイクロ波を受け取りやすい。 That is, based on the magnitude relationship of the amount of reflected power to the power supply units arranged oppositely, microwaves that are frequently directly incident on the object to be heated are likely to receive microwaves reflected on the surface of the object to be heated.

この特性を利用し、反射電力の大きい給電部側に被加熱物が偏って載置されていると判定できる。 Using this characteristic, it can be determined that the object to be heated is placed on the power feeding unit side where the reflected power is large.

そして、この偏って載置された被加熱物に対して給電部間の位相差を最適に制御することで、マイクロ波エネルギをより効率よく被加熱物に供給させることができる。 The microwave energy can be more efficiently supplied to the object to be heated by optimally controlling the phase difference between the power feeding units with respect to the object to be heated placed in a biased manner.

また、偏りが大きい場合あるいは、給電部に近接した領域に被加熱物が存在する場合は、直接入射による不均一な加熱分布を緩和するために、被加熱物に近い側の給電部から供給するマイクロ波の量を被加熱物から遠い側にある給電部から供給するマイクロ波の量よりも少なくなるように制御する。 In addition, when the bias is large or when the object to be heated is present in a region close to the power supply unit, supply from the power supply unit closer to the object to be heated in order to alleviate uneven heating distribution due to direct incidence. Control is performed so that the amount of microwaves is less than the amount of microwaves supplied from the power feeding unit on the side far from the object to be heated.

この制御により、直接入射による不均一な加熱分布を緩和でき、被加熱物を良好な状態に加熱させることができる。 By this control, the uneven heating distribution due to direct incidence can be relaxed, and the object to be heated can be heated to a good state.

なお上記制御においても、反射電力が既定値を超過する場合には実施の形態１で説明した主増幅器の駆動電圧の制御を踏襲するものである。 Even in the above control, when the reflected power exceeds a predetermined value, the control of the driving voltage of the main amplifier described in the first embodiment is followed.

以上のように、本発明にかかるマイクロ波処理装置は、複数給電方式において、加熱室側から戻ってくる反射電力信号に基づくマイクロ波発生部内部の動作を最適に制御することで、被加熱物を所望の状態に高速加熱するマイクロ波処理装置を提供できるので、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。 As described above, the microwave processing apparatus according to the present invention is configured to optimally control the operation inside the microwave generation unit based on the reflected power signal returning from the heating chamber side in the multiple power feeding method, and thus the object to be heated Can be provided at a high speed in a desired state, so that a microwave power source of a plasma power source, such as a heating device, a garbage disposal machine, or a semiconductor manufacturing device using dielectric heating as represented by a microwave oven can be provided. It can be applied to other uses.

本発明の実施の形態１におけるマイクロ波処理装置の構成図Configuration diagram of microwave processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態１におけるマイクロ波処理装置の制御フローチャートControl flow chart of microwave processing apparatus in Embodiment 1 of the present invention

１０マイクロ波発生部
１１発振部
１２電力分配部
１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂ増幅部
１８位相可変器
１９ａ、１９ｂ反射電力検出部
２２制御部
１００加熱室
１０３、１０４対向壁面
１０５、１０６放射手段（給電部） DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Microwave generation part 11 Oscillation part 12 Power distribution part 13a, 13b, 15a, 15b Amplification part 18 Phase variable device 19a, 19b Reflected power detection part 22 Control part 100 Heating chamber 103, 104 Opposite wall surface 105, 106 Radiation means Part)

Claims

被加熱物を収納する加熱室と、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、
前記加熱室を構成する対向壁面にそれぞれ配置し、前記マイクロ波発生部が発生するマイクロ波を前記加熱室に供給する複数の給電部と、
前記給電部から放射されるマイクロ波の位相差を可変する位相可変器と、
前記給電部が前記加熱室から受け取る電力量を検出する反射電力検出部と、
前記反射電力検出部の信号に基づいて前記マイクロ波発生部と前記位相可変器とを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、位相差無しの時の各反射電力検出部の信号に基づいて被加熱物の載置位置を判定するマイクロ波処理装置。 A heating chamber for storing an object to be heated;
A microwave generator for generating microwaves;
A plurality of power feeding units that are arranged on opposing wall surfaces that constitute the heating chamber, and that supply the microwave generated by the microwave generating unit to the heating chamber,
A phase variable device that varies the phase difference of the microwaves radiated from the power supply unit;
A reflected power detector that detects the amount of power that the power feeding unit receives from the heating chamber;
Based on the signal of the reflected power detecting section and a control section for controlling said phase changing with the microwave generation part,
The said control part is a microwave processing apparatus which determines the mounting position of a to-be-heated object based on the signal of each reflected power detection part when there is no phase difference .

制御部は、被加熱物の載置位置判定結果に基づき、被加熱物に近い側の給電部から供給するマイクロ波の量を被加熱物から遠い側にある給電部から供給するマイクロ波の量よりも少なくなるように制御した請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
The control unit determines the amount of microwaves supplied from the power supply unit on the side far from the object to be heated, based on the placement position determination result of the object to be heated. The microwave processing apparatus of Claim 1 controlled so that it might become less.