マイクロ波加熱装置
【課題】テーブル、アンテナ、位相器の回転機構などを用いない簡易的な構造で被加熱物を効率良く、ムラ無く加熱すること。
【解決手段】被加熱物１０５を収納する加熱室１０１内に円偏波を放射するマイクロ波放射部１０４の数、形状および導波手段１０３内のマイクロ波の位相に対する配置を調整することにより、導波手段１０３が加熱室の内壁の中心２０１に対して非対称に設置された場合でも、被加熱物１０５の均一なマイクロ波加熱および高効率なマイクロ波加熱を実現することができる。
【解決手段】被加熱物１０５を収納する加熱室１０１内に円偏波を放射するマイクロ波放射部１０４の数、形状および導波手段１０３内のマイクロ波の位相に対する配置を調整することにより、導波手段１０３が加熱室の内壁の中心２０１に対して非対称に設置された場合でも、被加熱物１０５の均一なマイクロ波加熱および高効率なマイクロ波加熱を実現することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子レンジ等のマイクロ波加熱装置に関し、特にマイクロ波放射部の構造に特徴を有するマイクロ波加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波により対象物を加熱処理するマイクロ波加熱装置の代表的な装置としては、電子レンジがある。電子レンジにおいては、マイクロ波発生器において発生したマイクロ波が金属製の加熱室の内部に放射され、加熱室内部の被加熱物が放射されたマイクロ波により加熱処理される。
【０００３】
従来の電子レンジにおけるマイクロ波発生器としては、マグネトロンが用いられている。マグネトロンにより生成されたマイクロ波は、導波管を介して加熱室内部に放射される。加熱室内部におけるマイクロ波の電磁界分布が不均一であると、被加熱物を均一にマイクロ波加熱することができない。
【０００４】
被加熱物を均一に加熱する手段として、被加熱物を載置するテーブルを回転させて被加熱物を回転させる構造、被加熱物を固定してマイクロ波を放射するアンテナを回転させる構造、または位相器によってマイクロ波発生器から発生するマイクロ波の位相を変化させる構造を有するマイクロ波加熱装置が一般的であった。
【０００５】
例えば、従来のマイクロ波加熱装置では、導波管内部に回転アンテナ、アンテナシャフトなどが配置されており、アンテナモータによって回転アンテナを回転させながらマグネトロンを駆動することで、加熱室内のマイクロ波分布の不均一さを低減している。
【０００６】
また、特許文献１に記載されているように、マグネトロンの上部に回転可能なアンテナを設け、回転アンテナの羽根に送風ファンからの冷却風をあてることにより、該送風ファンの風力でアンテナを回転させ、加熱室内のマイクロ波分布を変化させているマイクロ波加熱装置が提案されている。
【０００７】
一方、位相器を有する例として、マイクロ波加熱による被加熱物の加熱ムラの低減と共にコストダウンおよび給電部の省スペース化を図った特許文献２に記載されているように、加熱室内部に円偏波を放射する単一のマイクロ波放射部を有したマイクロ波加熱装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−６４０９３号公報
【特許文献２】米国特許第４３０１３４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来の構成の電子レンジのようなマイクロ波加熱装置では、なるべく簡易的な構造で、被加熱物を効率良く、ムラ無く加熱することが求められているが、これまで提案されていた構造では種々の課題があった。
【００１０】
また、マイクロ波加熱装置、特に電子レンジは、高出力化の技術開発が進み、国内では定格高周波出力１０００Ｗが商品化されている。マイクロ波加熱装置は、熱伝導によって
食品を加熱するのではなく、誘電加熱を用いて直接食品を加熱できる利便性が商品の大きな特徴であるが、加熱ムラが未解決の中での高出力化は加熱ムラの題題をより顕在化させることになる。
【００１１】
従来のマイクロ波加熱装置が抱える構造上の課題としては、下記の３点のことが挙げられる。
【００１２】
１点目は、加熱ムラを低減するためにテーブルまたはアンテナを回転させる機構を必要としており、このため回転スペースおよびテーブルまたはアンテナを回転させるモータなどの設置スペースを確保しなければならず、マイクロ波加熱装置の小型化を阻害していたことである。
【００１３】
２点目は、テーブルまたはアンテナを安定的に回転させるために、回転アンテナを加熱室の上部又は下部に設ける必要があり、構造が制限されていたことである。
【００１４】
３点目は、水蒸気加熱や熱風加熱などの種々の加熱機能を有する電子レンジの登場により、電子レンジの筐体内部に多くの構成部品が必要となることおよび、筐体内部の制御部品などの発熱量が多いため、十分な冷却性能を実現するために風路を確保する必要があり、導波手段およびマイクロ波放射部の設置位置が制限されるため、加熱室内のマイクロ波分布が不均一になってしまうことである。
【００１５】
マイクロ波加熱装置におけるマイクロ波照射室であるアプリケータ内に、テーブルまたは位相器の回転機構などを設置することは信頼性を下げる。よって、これら機構を不要とするマイクロ波加熱装置が要求されている。
【００１６】
また、マイクロ波加熱による被加熱物の加熱ムラの低減と共に、コストダウンおよび給電部の省スペース化を図った特許文献２に記載されているような、円偏波を加熱室内部に放射する単一のマイクロ波放射部を有したマイクロ波加熱装置については、回転機構を有していないという利点はあるが、マイクロ波による十分な均一加熱が実現されていないことが課題である。
【００１７】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、回転機構を用いないで、被加熱物を均一にマイクロ波加熱させることができるマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。また、筐体内部の構成部品により設置位置が制限され、導波手段が加熱室の内壁の中心に対して非対称に設置された場合でも、被加熱物を均一にマイクロ波加熱させることができるマイクロ波加熱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】
【００１８】
前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波放射部の形状および導波手段内のマイクロ波の位相に対するマイクロ波放射部の配置を調整することにより、加熱室内のマイクロ波分布を変化させることを可能とした。
【００１９】
これによって、加熱室内のマイクロ波分布を変化させる制御因子が多くなり、筐体内部の構成部品により設置位置が制限され、導波手段が加熱室の内壁の中心に対して非対称に設置された場合でも、均一なマイクロ波加熱を実現し易くすることができる。
【００２０】
さらに、複数のマイクロ波放射部を有したものである。一つのマイクロ波放射部から放射されるマイクロ波にはマイクロ波放射角があるため、単一のマイクロ波放射部で強く加熱できる範囲には限界がある。
【００２１】
よって、マイクロ波放射部の数を調整することにより、広範囲の加熱室内のマイクロ波分布を調整し、より均一な加熱を実現するこが可能となる。
【００２２】
また、各々のマイクロ波放射部の位置する導波手段内のマイクロ波の位相を調整することにより、各々のマイクロ波放射部から放射されるマイクロ波の相互干渉を利用して、単一のマイクロ波放射部では実現できないマイクロ波分布を得ることが可能となり、均一加熱を実現することが可能となる。
【００２３】
また、円偏波を放射するマイクロ波放射部を有したものである。これによって、マイクロ波放射部から拡がりをもったマイクロ波が放射され、被加熱物へのマイクロ波の放射をより広い範囲で均一化することができる。特に、円偏波の周方向に対しての均一加熱が期待できる。
【００２４】
また、円偏波を放射するマイクロ波放射部を２本以上のスリットにより構成される形状としたものである。これによって、被加熱物の加熱ムラを低減するためのテーブルまたはアンテナを回転させる機構が不要となり信頼性の向上および給電部の小型化が可能となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のマイクロ波加熱装置は、加熱室内に設置した円偏波を放射するマイクロ波放射部の数、形状および導波手段内のマイクロ波の位相に対する配置を調整することにより、筐体内部の構成部品により設置位置が制限され、導波手段が加熱室の内壁の中心に対して非対称に設置された場合でも、被加熱物の均一なマイクロ波加熱が実現できる。また、マイクロ波放射部を２本以上のスリットにより構成される円偏波を放射する形状とすることにより、アンテナを回転させる機構、テーブルを回転させる機構および位相器などを設けなくても、被加熱物を均一にマイクロ波加熱することができ、給電部の小型化、信頼性の向上、コストダウンを図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の断面図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と被加熱物の上面図（ｂ）本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と定在波の関係説明図
【図３】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の導波手段の電界と磁界と電流の関係説明図
【図４】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の導波手段内に生じる定在波の位相と指向性の関係説明図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部とマイクロ波加熱弱領域の上面図（ｂ）本発明の実施の形態１におけるマイクロ波放射部と定在波の関係説明図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態２におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と被加熱物の上面図（ｂ）本発明の実施の形態２におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と定在波の関係説明図
【図７】本発明の実施の形態２におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部とマイクロ波加熱弱領域の上面図およびマイクロ波放射部と定在波の関係説明図
【図８】本発明の実施の形態３におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と被加熱物の上面図およびマイクロ波放射部と定在波の関係説明図
【図９】本発明の実施の形態３におけるマイクロ波加熱装置の実効放射電力の分布図
【図１０】本発明の実施の形態４におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と被加熱物の上面図およびマイクロ波放射部と定在波の関係説明図
【図１１】本発明の実施の形態４におけるマイクロ波加熱装置の実効放射電力の分布図
【図１２】本発明の実施の形態５におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と被加熱物の上面図およびマイクロ波放射部と定在波の関係説明図
【図１３】本発明の実施の形態５におけるマイクロ波加熱装置の実効放射電力の分布図
【図１４】本発明の実施の形態５におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部の形状の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
第１の発明は、被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、マイクロ波を伝送する導波手段と、前記加熱室内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射部を有しており、前記マイクロ波放射部が位置する前記導波手段内のマイクロ波の位相により、前記加熱室内に放射するマイクロ波の指向性を調整するとしたものである。
【００２８】
これによって、加熱室内のマイクロ波分布を変化させる制御因子が多くなり、筐体内部の構成部品により設置位置が制限され、導波手段が加熱室の内壁の中心に対して非対称に設置された場合でも、均一なマイクロ波加熱を実現し易くすることができる。
【００２９】
第２の発明は、特に、第１の発明において、前記導波手段内のマイクロ波の位相における概腹位置に前記マイクロ波放射部を設置することにより、前記加熱室内に放射するマイクロ波が前記導波手段内のマイクロ波の伝送および電界方向に対して直角方向に指向性を有するものである。
【００３０】
これによって、伝送および電界方向に対して直角方向に放射されるマイクロ波量を増加させることにより、均一および高効率なマイクロ波加熱を実現できる。
【００３１】
第３の発明は、特に、第１の発明において、前記導波手段内のマイクロ波の位相における概節位置に前記マイクロ波放射部を設置することにより、前記加熱室内に放射するマイクロ波が前記導波手段内のマイクロ波の伝送方向に指向性を有するものである。
【００３２】
これによって、伝送方向に放射されるマイクロ波量を増加させることにより、均一および高効率なマイクロ波加熱を実現できる。
【００３３】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明において、前記マイクロ波放射部を複数有するものである。
【００３４】
これによって、加熱室内のマイクロ波分布を調整すれば、広範囲において、より均一な加熱を実現するこが可能となる。
【００３５】
第５の発明は、特に、第４の発明において、少なくとも２つの前記マイクロ波放射部が、前記導波手段内のマイクロ波の概同位相にそれぞれ位置するとしたものである。
【００３６】
これによって、より均一な加熱を実現することが可能となる。
【００３７】
第６の発明は、特に、第４の発明において、少なくとも２つの前記マイクロ波放射部が、前記導波手段内のマイクロ波の異なる位相にそれぞれ位置するとしたものである。
【００３８】
これによって、より均一な加熱を実現することが可能となる。
【００３９】
第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか１つの発明において、前記マイクロ波放射部が、円偏波を放射する形状となっているものである。
【００４０】
これによって、より均一な加熱を実現することが可能となる。
【００４１】
以下、本発明に係るマイクロ波加熱装置の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態のマイクロ波加熱装置においては電子レンジについて説明するが、電子レンジは例示であり、本発明のマイクロ波加熱装置は電子レンジに限定されるものではなく、誘電加熱を利用した加熱装置、生ゴミ処理機、あるいは半導体製造装置などのマイクロ波加熱装置を含むものである。また、本発明は、以下の実施の形態の具体的な構成に限定されるものではなく、同様の技術的思想に基づく構成が本発明に含まれる。
【００４２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の横断面図である。図２（ａ）は、本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と被加熱物の上面図、（ｂ）は本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と定在波の関係説明図である。
【００４３】
すなわち、加熱室１０１と導波手段１０３とマイクロ波放射部１０４と被加熱物１０５の位置関係、およびマイクロ波放射部１０４と導波手段１０３内に生じる定在波２０６の関係を説明するための図である。
【００４４】
図３は、本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の導波手段の電界と磁界と電流の関係説明図であり、導波手段１０３内に生じる電界３０１、磁界３０２、電流３０３の関係を説明するための図である。
【００４５】
図４は、マイクロ波放射部１０４の位置する導波手段１０３内のマイクロ波の位相により、放射されるマイクロ波の指向性が変化することを説明するための図であり、これらの結果は電磁界解析により求めた。図５（ａ）は、本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部とマイクロ波加熱弱領域の上面図（ｂ）本発明の実施の形態１におけるマイクロ波放射部と定在波の関係説明図である。
【００４６】
すなわち、加熱室１０１と導波手段１０３とマイクロ波放射部１０４とマイクロ波加熱の弱領域５０１の位置関係およびマイクロ波放射部１０４と導波手段１０３内に生じる定在波２０６の関係を説明するための図である。
【００４７】
図１に示すように、本実施の形態のマイクロ波加熱装置である電子レンジは、被加熱物１０５を収納する加熱室１０１と、マイクロ波発生手段１０２と、マイクロ波発生手段１０２から供給されるマイクロ波を加熱室１０１へ伝送するための導波手段１０３と、加熱室１０１内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射部１０４とを有している。
【００４８】
なお、マイクロ波発生手段１０２にはマグネトロン、導波手段１０３には矩形導波管、マイクロ波放射部１０４には導波手段１０３に設けた開口部を用いることでこの構成を容易に実現できる。
【００４９】
図２に示すように、加熱室１０１内にマイクロ波を放射する複数のマイクロ波放射部１０４を有している。さらに、導波手段における伝送方向の中心軸２０３が導波手段１０３を設置した加熱室の内壁の中心２０１を通らない位置関係となっている構成として説明を行なう。
【００５０】
なお、本発明において、導波手段における伝送方向の中心軸２０３が導波手段１０３を設置した加熱室の内壁の中心２０１を通らない位置関係となっている構成をオフセンタと呼ぶ。
【００５１】
以上のように構成されたマイクロ波加熱装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００５２】
最初にマイクロ波加熱装置の概略動作について説明を行う。使用者により加熱室１０１内に被加熱物１０５が置かれ、加熱開始指示が行われると、マイクロ波加熱装置は、マイクロ波発生手段１０２であるマグネトロンから導波手段１０３内にマイクロ波を供給し、加熱室１０１と導波手段１０３とを接続しているマイクロ波放射部１０４を通じて、加熱室１０１内にマイクロ波を放射することで、マイクロ波加熱装置は被加熱物１０５の加熱を行なう。
【００５３】
次に、加熱室１０１の内壁形状５０２による、加熱室１０１内のマイクロ波分布の不均一性について説明する。
【００５４】
加熱室１０１内の内壁形状５０２は、非対称である場合が多く、誘電率の異なる多数の部品が取付けられている。具体例としては、主に以下の３点が挙げられる。１点目は、被加熱物１０５を取出すためのドア１０６およびドアガラス１０７が取付けてあることである。２点目は、被加熱物１０５を輻射加熱するために上面または底面にヒータ１０８が取付けてあることである。３点目は、被加熱物１０５を対流加熱するために背面裏側にヒータ１０８および対流ファン１０９を取付けるため、内壁形状５０２が複雑となっていることである。
【００５５】
上記のように、加熱室１０１の内壁形状５０２が非対称または誘電率の異なる部品が取付けられていると、加熱室１０１の内壁で反射して被加熱物１０５を加熱する反射波による加熱が不均一となる。
【００５６】
なお、本発明において、マイクロ波放射部１０４から放射され非加熱物を直接加熱するマイクロ波を直接波と呼び、加熱室１０１の内壁で反射したマイクロ波を反射波と呼ぶ。
【００５７】
次に、導波手段１０３と加熱室１０１の位置関係による、加熱室１０１内のマイクロ波分布の不均一性について説明する。
【００５８】
近年、マイクロ波加熱機能だけではなく、他の加熱方式（水蒸気加熱、輻射加熱、熱風加熱など）を有するマイクロ波加熱装置が登場している。このため、他の加熱機能の性能を確保するため、オフセンタとなる場合が多い。
【００５９】
このため、導波手段における伝送方向の中心軸２０３を対称軸にしてマイクロ波放射部１０４を配置したとしても加熱室１０１内に均一なマイクロ波分布を得ることは困難である。
【００６０】
具体例としては、主に以下の２点が挙げられる。１点目は、水蒸気加熱機能を有する場合であり、水蒸気加熱機能を実現するために水タンク１１０、ポンプ１１１、ヒータ１０８、加熱室１０１内へ水蒸気を噴出する噴出口１１２などを加熱室１０１内外に設置する必要があることである。
【００６１】
２点目は、輻射加熱機能を有する場合であり、上面または底面にヒータ１０８を設置す
る必要があることである。
【００６２】
また、マイクロ波加熱装置の筐体内に設置されているインバータ、マグネトロン、制御基盤などからの発熱量は多く、十分に冷却をしなければ、正常な動作ができない部品または焼損する部品がある。よって、十分な冷却性能を確保するために冷却風路１１３の設置位置が優先され、オフセンタとなる場合が多い。
【００６３】
以上のことより、マイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波に指向性を持たせなければ、被加熱物１０５を均一にマイクロ波加熱することは困難である。
【００６４】
従来は、マイクロ波放射部１０４が、単一または導波手段における伝送方向の中心軸２０３が対称軸となるように配置していたため、導波手段１０３がオフセンタの場合は、加熱室１０１内のマイクロ波分布が加熱室の内壁の中心２０１に対して非対称となり、被加熱物１０５を均一に加熱することができなかった。
【００６５】
次に、マイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波の指向性を調整する構成について説明する。
【００６６】
図２の（ｂ）に示すように、導波手段１０３として矩形導波管を用いている場合、マイクロ波発生手段１０２から発生した進行波と導波管の終端２０２で反射した反射波が互いに干渉し、導波管内に定在波２０６が生じる。マイクロ波放射部１０４の位置する定在波２０６の位相によって、マイクロ波放射部１０４の有する指向性は変化する。指向性が変化する原理については以下で説明する。
【００６７】
図３を用いて、定在波２０６における電界３０１・磁界３０２・電流３０３の関係について説明する。進行波は電界３０１と磁界３０２の方向は９０°ずれており、位相は同一である。これに対し、定在波２０６は電界３０１と磁界３０２の方向は９０°ずれており、位相はπ／２ずれている。よって、定在波２０６が発生している矩形導波管内の電界３０１と磁界３０２の関係は図４のようになる。これは、定在波２０６の場合は、進行波が導波管の終端２０２で反射する際に、電界３０１の位相が１８０°ずれることが主な原因である。なお、電流３０３は導波手段１０３の表面を磁界３０２に直交する方向に流れる。
【００６８】
定在波２０６が発生している矩形導波管内の電界方向２０７に垂直な面にマイクロ波放射部１０４を設置した場合の、マイクロ波の指向性についての原理説明を行なう。
【００６９】
図３に示すように導波管内の定在波２０６について、概腹位置２０８と概節位置２０９にマイクロ波放射部１０４が置かれた場合について考える。マイクロ波放射部１０４における電流３０３の伝送方向２０５成分と伝送および電界方向に対して直角方向２０４成分を考えた場合、概腹位置に置かれたマイクロ波放射部１０４における電流３０３には伝送および電界方向に対して直角方向２０４成分が多い。
【００７０】
電流３０３の流れる方向と電界３０１が拡がる方向は同一であるので、放射されるマイクロ波は、伝送および電界方向に対して直角方向２０４に指向性を持つ。
【００７１】
また、概節位置に置かれたマイクロ波放射部１０４における電流３０３には伝送方向２０５成分が多い。このため、放射されるマイクロ波は、伝送方向２０５に指向性を持つ。
【００７２】
次に、マイクロ波放射部１０４直下の定在波２０６の位相と放射されるマイクロ波の指向性の関係を図４に示す。
【００７３】
なお、図４は本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の導波手段内に生じる定在波の位相と指向性の関係説明図であり、電磁界解析によって求めたものである。図４（ａ）は、導波管の終端からマイクロ波放射部１０４の距離を変えることにより、マイクロ波放射部１０４直下の導波管内の定在波の位相を変えた図、（ｂ）は、位相が約０°（概腹位置）の場合は、上述の原理説明と同様に伝送方向２０５にマイクロ波の指向性を有することを示す図である。
【００７４】
定在波２０６の腹位置を位相０°とし、節位置を１８０°として、位相約０°から約１８０°まで約４５°刻みで、マイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波の分布を電磁界解析により求めた。
【００７５】
なお、図４の（ａ）に示すように、本解析では導波管の終端２０２からマイクロ波放射部１０４の距離を変えることにより、マイクロ波放射部１０４の位置する導波管内の定在波２０６の位相を変えている。
【００７６】
図４の（ａ）のように位相が約０°（概腹位置２０８）の場合は、上述の原理説明と同様に伝送および電界方向に対して直角方向２０４の指向性を有する。
【００７７】
位相を約４５°ずらしていくことによって、マイクロ波の指向性は、反時計回りに推移していき、位相が約１８０°（概節位置２０９）の場合に伝送方向２０５にマイクロ波の指向性を有する。これも上述の原理説明と一致している。
【００７８】
上記の技術を応用することにより、狙った方向に指向性を有するマイクロ波放射部１０４を設置することができ、加熱室１０１内の不均一なマイクロ波分布を改善することが可能となる。
【００７９】
次に、図４に示した解析結果の解析条件を以下に記載する。
【００８０】
本解析では、矩形導波管を用いてマイクロ波発生装置であるマグネトロンから発生したマイクロ波を伝送し、導波管の伝送方向２０５には磁界３０２成分のみが存在して、電界３０１成分のない伝送モードであるＨ波（ＴＥ波；電気的横波伝送 Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗａｖｅ）におけるＴＥ１０モードという伝送モードにより、マイクロ波が伝送されている場合を想定している。
【００８１】
なお、ＴＥ１０モード以外の伝送モードがマイクロ波加熱装置の導波手段１０３に適用されることは殆どない。なお、導波管の伝送および電界方向に対して直角方向２０４の寸法の上限および下限は、マイクロ波の周波数と、導波管の電界方向２０７の寸法によって決定される。
【００８２】
本解析における矩形導波管は、電界方向２０７の寸法が３０ｍｍ、伝送および電界方向に対して直角方向２０４の寸法が１００ｍｍとなっており、解析に用いたマイクロ波の周波数は２．４６ＧＨｚとした。
【００８３】
また、放射方向を９０°変えるために必要なマイクロ波放射部１０４の移動距離は、管内定在波２０６の約半波長分であり、解析に用いたマイクロ波の周波数は２．４６ＧＨｚであるので、放射方向を９０°変えるために必要なマイクロ波放射部１０４の移動距離は、約６０ｍｍとなる。
【００８４】
また、図２に示すように、マイクロ波放射部１０４の形状は２本のスリットを各スリッ
トの中央で直交させ、伝送方向２０５に対してスリットを４５°傾けた構成となっている。
【００８５】
また、マイクロ波放射部１０４の数は１個、各スリットの長さは５５ｍｍ、図４の（ｂ）における指向性の表示データは実効放射電力である。
【００８６】
上記のオフセンタによる直接波・反射波の不均一性および加熱室１０１の内壁形状５０２・ドアガラス１０７などによる反射波の不均一性により、加熱室１０１内のマイクロ波分布が不均一になっている場合に、上述のマイクロ波放射部１０４の位置する導波手段１０３内のマイクロ波の位相により、放射するマイクロ波の指向性を調整し、加熱室１０１内のマイクロ波分布を改善する方法の一例を説明する。
【００８７】
まず、図２のように導波手段１０３が加熱室の内壁の中心２０１に対して、伝送および電界方向に対して直角方向２０４にオフセンタとなっている場合について考える。
【００８８】
従来のマイクロ波加熱を用いると、マイクロ波放射部１０４からの距離が長くなるに従って、被加熱物１０５の加熱が弱くなる傾向がある。よって、図２に示したような位置に置かれた被加熱物１０５においては、マイクロ波加熱は弱く、低効率な加熱となってしまう。
【００８９】
そこで、 上述のマイクロ波放射部１０４の位置する導波手段１０３内のマイクロ波の位相と指向性の関係を利用して、概腹位置２０８にマイクロ波放射部１０４を設置することにより、伝送および電界方向に対して直角方向２０４に放射されるマイクロ波量を増加させることにより、均一および高効率なマイクロ波加熱を実現できる。
【００９０】
また、図５のように加熱室１０１の内壁形状５０２・ドアガラス１０７などの影響による反射波の不均一性により、指向性のないマイクロ波放射部１０４を用いると、導波手段１０３の伝送および電界方向に対して直角方向２０４にマイクロ波加熱の弱領域５０１が生じる場合を考える。
【００９１】
この場合も上記のオフセンタの場合と同様に、概腹位置２０８にマイクロ波放射部１０４を設置することにより、伝送および電界方向に対して直角方向２０４に放射されるマイクロ波量を増加させることにより、均一および高効率なマイクロ波加熱を実現できる。
【００９２】
（実施の形態２）
図６の（ａ）は、本発明の実施の形態２におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と被加熱物の上面図（ｂ）本発明の実施の形態２におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と定在波の関係説明図である。
【００９３】
すなわち、加熱室１０１と導波手段１０３とマイクロ波放射部１０４と被加熱物１０５の位置関係を示した図であり、導波手段１０３がオフセンタとなっていることを示している。また、図６の（ｂ）は、マイクロ波放射部１０４の位置と導波手段１０３内の定在波２０６の位相の関係を示した図である。
【００９４】
図７の（ａ）は、本実施の形態における加熱室１０１と導波手段１０３とマイクロ波放射部１０４と被加熱物１０５の位置関係を示した図であり、加熱室１０１の内壁形状５０２・ドアガラス１０７などによる反射波の不均一性により、マイクロ波加熱の弱領域５０１が生じていることを示している。また、図７の（ｂ）は、マイクロ波放射部１０４の位置と導波手段１０３内の定在波２０６の位相の関係を示した図である。
【００９５】
なお、図面において、（実施の形態１）と同一動作を示す部分は同一番号を付与している。また、（実施の形態２）における基本的な動作は（実施の形態１）と同様であるとして、以下その動作、作用を説明する。
【００９６】
（実施の形態１）と同様に図６および図７に示したように、オフセンタによる直接波・反射波の不均一性および加熱室１０１の内壁形状５０２・ドアガラス１０７などによる反射波の不均一性により、加熱室１０１内のマイクロ波分布が不均一になっている場合に、上述のマイクロ波放射部１０４の位置する導波手段１０３内のマイクロ波の位相により、放射するマイクロ波の指向性を調整し、加熱室１０１内のマイクロ波分布を改善する方法の一例を説明する。
【００９７】
まず、図６のように導波手段１０３が加熱室の内壁の中心２０１に対して、伝送方向２０５に偏った配置となっている場合について考える。
【００９８】
従来のマイクロ波加熱を用いると、マイクロ波放射部１０４からの距離が長くなるに従って、被加熱物１０５の加熱が弱くなる傾向がある。よって、図６に示したような位置に置かれた被加熱物１０５においては、マイクロ波加熱は弱く、低効率な加熱となってしまう。
【００９９】
そこで、 上述のマイクロ波放射部１０４の位置する導波手段１０３内のマイクロ波の位相と指向性の関係を利用して、概節位置２０９にマイクロ波放射部１０４を設置することにより、伝送方向２０５に放射されるマイクロ波量を増加させることにより、均一および高効率なマイクロ波加熱を実現できる。
【０１００】
また、図７のように加熱室１０１の内壁形状５０２・ドアガラス１０７などの影響による反射波の不均一性により、導波手段１０３の伝送および電界方向に対して直角方向２０４にマイクロ波加熱の弱領域５０１が生じる場合を考える。
この場合も上記のオフセンタの場合と同様に、概節位置２０９にマイクロ波放射部１０４を設置することにより、伝送方向２０５に放射されるマイクロ波量を増加させることにより、均一および高効率なマイクロ波加熱を実現できる。
【０１０１】
（実施の形態３）
図８の（ａ）は、本発明の実施の形態３における加熱室１０１と導波手段１０３とマイクロ波放射部１０４と被加熱物１０５の位置関係を示した図である。図８の（ｂ）は、マイクロ波放射部１０４の位置と導波手段１０３内の定在波２０６の位相の関係を示した図である。
【０１０２】
図９は、本実施の形態におけるマイクロ波放射部１０４から放射される直接波の分布を電磁界解析により求めたものであり、指向性の表示データは実効放射電力である。なお、マイクロ波放射部１０４の数は２個であること以外は、（実施の形態１）の解析条件と同じである。
【０１０３】
図面において、（実施の形態１）または（実施の形態２）と同一動作を示す部分は同一番号を付与している。また、（実施の形態３）における基本的な動作は（実施の形態１）および（実施の形態２）と同様であるとして、以下その動作、作用を説明する。
【０１０４】
まず、複数のマイクロ波放射部１０４を有するマイクロ波加熱装置の利点について説明する。
【０１０５】
単一のマイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波には放射角があるため、単一
のマイクロ波放射部１０４で強く加熱できる範囲には限界があり、マイクロ波放射部１０４上が強く加熱される傾向があるため、不均一なマイクロ波加熱となってしまうことが多い。
【０１０６】
特に、加熱室１０１の底面にマイクロ波放射部１０４が設置されている場合においては、被加熱物１０５がマイクロ波放射部１０４に対して近距離に置かれることが多く、マイクロ波が十分に拡がらず、マイクロ波の集中が顕著となる。
【０１０７】
よって、マイクロ波放射部１０４の数を増やすことにより、加熱室１０１内のマイクロ波分布を調整すれば、広範囲において、より均一な加熱を実現するこが可能となる。
【０１０８】
また、各々のマイクロ波放射部１０４の位置する導波手段１０３内のマイクロ波の位相を調整することにより、各々のマイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波の指向性を調整すると供に、各々のマイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波の相互干渉を利用して、単一のマイクロ波放射部１０４では実現できないマイクロ波分布を得ることが可能となり、均一加熱を実現することが可能となる。
【０１０９】
次に、図８に示したように導波手段１０３内の定在波２０６の位相における概腹位置２０８に２個のマイクロ波放射部１０４を伝送方向２０５に並べて設置した際の加熱室１０１内への直接波の実効放射電力の分布が図９のようになる理由を説明する。
【０１１０】
（実施の形態１）の図４で説明したように、概腹位置２０８に設置されたマイクロ波放射部１０４からは、伝送および電界方向に対して直角方向２０４に指向性を持ったマイクロ波が放射される。
【０１１１】
本実施の形態では、概腹位置２０８に２個のマイクロ波放射部１０４が設置されており、各々のマイクロ波放射部１０４からそれぞれ伝送および電界方向に対して直角方向２０４に指向性を持ったマイクロ波が放射され、加熱室１０１内で相互干渉する。
【０１１２】
任意の点でのマイクロ波の相互干渉は、各々のマイクロ波放射部１０４からの距離によって決定される。放射されるマイクロ波に指向性がない場合、任意の点までの各々のマイクロ波放射部１０４から距離の差がマイクロ波の加熱室１０１内での波長の１／２の偶数倍（０を含む）の時、マイクロ波は強め合い、奇数倍の時は弱め合う。
【０１１３】
なお、一般的なマイクロ波加熱装置用いられるマイクロ波の周波数２．４５ＧＨｚの場合、加熱室１０１内などの空気中での波長は、約１２０ｍｍである。
【０１１４】
しかしながら、概腹位置２０８に設置されたマイクロ波放射部１０４は、上述の指向性を有しているため、図８の（ａ）に示したように概腹位置２０８にある２個のマイクロ波放射部１０４を伝送方向２０５へ並べて設置した位置関係では、マイクロ波の相互干渉が直接波の分布に明瞭な影響を及ぼすことはなく、図９に示したように両方のマイクロ波放射部１０４から伝送および電界方向に対して直角方向２０４に指向性を持った実効放射電力の分布となる。
【０１１５】
図９に示すような実効放射電力の分布の場合、図８の（ａ）に示したように、マイクロ波放射部１０４を中心として、実効放射電力の強い四隅に被加熱物１０５を置くことで、均一加熱が可能となる。
【０１１６】
（実施の形態４）
図１０の（ａ）は、本発明の実施の形態４における加熱室１０１と導波手段１０３とマ
イクロ波放射部１０４と被加熱物１０５の位置関係を示した図である。図１０の（ｂ）は、マイクロ波放射部１０４の位置と導波手段１０３内の定在波２０６の位相の関係を示した図である。
【０１１７】
図１１は、本実施の形態におけるマイクロ波放射部１０４から放射される直接波の分布を電磁界解析により求めたものであり、マイクロ波分布を実効放射電力で表示している。
【０１１８】
図面において、（実施の形態１）〜（実施の形態３）と同一動作を示す部分は同一番号を付与している。また、（実施の形態４）における基本的な動作および電磁界解析の条件は（実施の形態１）〜（実施の形態３）と同様であるとして、以下その動作、作用を説明する。
【０１１９】
まず、図１０に示したように導波手段１０３内の定在波２０６の位相における概節位置２０９に２個のマイクロ波放射部１０４を、伝送方向２０５と伝送および電界方向に対して直角方向２０４に距離を有するように設置した際の加熱室１０１内への直接波の実効放射電力の分布が、図１１のようになる理由を説明する。
【０１２０】
（実施の形態１）の図４で説明したように、概節位置２０９に設置されたマイクロ波放射部１０４からは、伝送方向２０５に指向性を持ったマイクロ波が放射される。
【０１２１】
本実施の形態では、概節位置２０９に２個のマイクロ波放射部１０４が設置されており、各々のマイクロ波放射部１０４からそれぞれ伝送方向２０５に指向性を持ったマイクロ波が放射され、加熱室１０１内で相互干渉する。
【０１２２】
なお、（実施の形態３）で説明したように、任意の点でのマイクロ波の相互干渉は、マイクロ波放射部１０４の有する指向性と各々のマイクロ波放射部１０４からの距離とマイクロ波の波長によって決定される。
【０１２３】
上述のように概節位置２０９に２個のマイクロ波放射部１０４を設置した場合、両方のマイクロ波放射部１０４は伝送方向２０５への指向性を有している。
【０１２４】
図１０の（ａ）に示したように概節位置２０９にある２個のマイクロ波放射部１０４を伝送方向２０５と伝送および電界方向に対して直角方向２０４に距離を有するように設置した位置関係では、図１１に示すようにマイクロ波放射部１０４間の中央でマイクロ波が強め合い実効放射電力が強くなり、伝送方向２０５に指向性を持った実効放射電力の分布となる。
【０１２５】
図１１に示すような実効放射電力の分布の場合、図１０の（ａ）に示したように、実効放射電力の強い伝送方向２０５に複数の被加熱物１０５を置くことで、均一加熱が可能となる。
【０１２６】
（実施の形態５）
図１２の（ａ）は、本発明の実施の形態５における加熱室１０１と導波手段１０３とマイクロ波放射部１０４と被加熱物１０５の位置関係を示した図である。また、図１２の（ｂ）は、マイクロ波放射部１０４の位置と導波手段１０３内の定在波２０６の位相の関係を示した図である。
【０１２７】
図１３は、本実施の形態におけるマイクロ波放射部１０４から放射される直接波の分布を電磁界解析により求めたものであり、マイクロ波分布を実効放射電力で表示している。
【０１２８】
図１４は、円偏波を放射するマイクロ波放射部１０４の形状の例を示した図である。
【０１２９】
図面において、（実施の形態１）〜（実施の形態４）と同一動作を示す部分は同一番号を付与している。また、（実施の形態５）における基本的な動作および電磁界解析の条件は（実施の形態１）〜（実施の形態４）と同様であるとして、以下その動作、作用を説明する。
【０１３０】
まず、円偏波の特徴および円偏波を用いたマイクロは加熱の利点について説明する。
【０１３１】
円偏波とは、移動通信および衛星通信の分野で広く用いられている技術である。身近な使用例としては、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）「ノンストップ自動料金収受システム」などが挙げられる。円偏波は、電界３０１の偏波面が電波の進行方向に対して時間に応じて回転するマイクロ波であり、円偏波を形成すると電界３０１の方向が時間に応じて変化し続けるので、加熱室１０１内に放射されるマイクロ波の放射角度も変化し続け、時間的に電界強度の大きさが変化しないという特徴を有している。
【０１３２】
前記の特徴により、従来のマイクロ波加熱装置に用いられている直線偏波によるマイクロ波加熱と比較して、広範囲にわたってマイクロ波が分散放射されて、被加熱物１０５を均一に加熱することができるようになる。特に、円偏波の周方向に対して均一加熱の傾向が強い。
【０１３３】
なお、円偏波は回転方向から右旋偏波（ＣＷ：ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ）と左旋偏波（ＣＣＷ：ｃｏｕｎｔｅｒ ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ）の２種類に分類されるが、加熱性能に違いはない。
【０１３４】
よって、従来の直線偏波を用いたマイクロ波加熱装置によるマイクロ波加熱で問題とされていた、直接波と反射波の干渉によって生じる加熱室１０１内に定在波を緩和することが可能となり、より均一なマイクロ波加熱を実現することができる。
【０１３５】
円偏波に対して、導波手段１０３内のマイクロ波は電場および磁場の振動方向が一定方向である直線偏波である。上記の直線偏波を加熱室１０１内に放射する従来のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波分布の不均一さを低減するために、被加熱物１０５を載置するテーブルを回転させる構造、導波手段１０３から加熱室１０１へマイクロ波を放射するアンテナを回転させる構造、または導波手段１０３内に位相器を設置しなければならなかった。
【０１３６】
しかし、テーブル、アンテナを回転させる機構および位相器を設置しても、加熱室１０１内において十分均一なマイクロ波加熱を実現するには不十分である。さらに、回転機構および位相器を設置することにより、マイクロ波加熱装置の構造の複雑化、構造の制限または信頼性の低下が課題となる。
【０１３７】
次に、円偏波を発生するマイクロ波放射部１０４の形状について説明する。特にここでは、少なくとも２本以上のスリットにより構成されるマイクロ波放射部１０４について述べる。
【０１３８】
形状の例を示した図１４（ａ）〜（ｆ）のように、２本以上のスリットにより構成されており、このうちの少なくとも１本のスリットの長辺６０１をマイクロ波の伝送方向２０５に対して傾いた形状となっていれば良い。よって、図１４の（ｅ）および（ｆ）のように交差していない形状や、図８の（ｄ）のように３本のスリットにより構成されている形
状でも良い。
【０１３９】
なお、図１４に示すように２本のスリットにより構成されている円偏波を放射するマイクロ波放射部１０４の最良な形状の条件としては以下の３点が挙げられる。
【０１４０】
１点目は、各スリットの長辺６０１の長さは導波手段１０３内を伝送されているマイクロ波の管内波長の１／４以上であることである。
【０１４１】
２点目は、２本のスリットはお互いに直交していることおよび伝送方向２０５に対して各スリットの長辺が４５°傾いていることである。
【０１４２】
３点目は、導波手段１０３の伝送方向２０５に平行かつマイクロ波放射部１０４の中心を通る直線を軸として、電界３０１の分布が軸対照とならないことである。例えば、特許文献２で示されているように、ＴＥ１０モードでマイクロ波を伝送している場合においては、導波手段における伝送方向の中心軸２０３を対称軸として電界３０１が分布しているので、マイクロ波放射部１０４の形状が、導波手段における伝送方向の中心軸２０３に対して軸対照とならないように配置することが条件となる。
【０１４３】
次に、図１２に示したように導波手段１０３内の定在波２０６の位相における概節位置２０９に２個のマイクロ波放射部１０４を伝送方向２０５に並べて配置し、前記の概節位置２０９のマイクロ波放射部１０４の伝送方向２０５の中間に、伝送および電界方向に対して直角方向２０４に距離を有するように、概腹位置２０８に１個のマイクロ波放射部１０４を設置した際の加熱室１０１内への直接波の実効放射電力の分布が、図１３のようになる理由を説明する。
【０１４４】
（実施の形態１）の図４で説明したように、概節位置２０９に設置されたマイクロ波放射部１０４からは、伝送方向２０５に指向性を持ったマイクロ波が放射され、概腹位置２０８に設置されたマイクロ波放射部１０４からは、伝送および電界方向に対して直角方向２０４に指向性を持ったマイクロ波が放射される。
【０１４５】
本実施の形態では、概節位置２０９に２個、概腹位置２０８に１個のマイクロ波放射部１０４がそれぞれ設置されており、各々のマイクロ波放射部１０４からそれぞれに指向性を持ったマイクロ波と伝送および電界方向に対して直角方向２０４に指向性を持ったマイクロ波が放射され、加熱室１０１内で相互干渉する。
【０１４６】
なお、（実施の形態３）で説明したように、任意の点でのマイクロ波の相互干渉は、マイクロ波放射部１０４の有する指向性と各々のマイクロ波放射部１０４からの距離とマイクロ波の波長によって決定される。
【０１４７】
図１２の（ａ）に示したように概節位置２０９に２個のマイクロ波放射部１０４を設置していることから、伝送方向２０５へマイクロ波を放射させることが可能となる。さらに、概腹位置２０８に１個のマイクロ波放射部１０４を設置していることから、伝送および電界方向に対して直角方向２０４へマイクロ波を放射させることが可能となる。
【０１４８】
概節位置２０９と概腹位置２０８に設置されたマイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波の指向性はほぼ直角方向であるため、マイクロ波の相互干渉が直接波の分布に明瞭な影響を及ぼすことはなく、３個のマイクロ波放射部１０４の中央を中心に円周方向に均一にマイクロ波を放射させることが可能となる。
【０１４９】
なお、実効放射電力の分布は、マイクロ波放射部１０４の中央を中心から遠ざかるに従
って弱くなる傾向がある。
【０１５０】
よって、図１３に示すようにマイクロ波放射部１０４間の中央で実効放射電力が強く、３個のマイクロ波放射部１０４の中央を中心に円周方向に均一な指向性を持った実効放射電力の分布となる。
【０１５１】
図１３に示すような実効放射電力の分布の場合、３個のマイクロ波放射部１０４の中央から同距離に複数の被加熱物１０５を置くことによって、各被加熱物１０５を比較した場合に、均一加熱が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１５２】
以上のように、本発明のマイクロ波加熱装置は、被加熱物への均一照射ができるので、個食食品の加熱加工や殺菌などを行うマイクロ波加熱装置などに有効に利用することができる。
【符号の説明】
【０１５３】
１０１ 加熱室
１０２ マイクロ波発生手段
１０３ 導波手段
１０４ マイクロ波放射部
２０４ 伝送および電界方向に対して直角方向
２０５ 伝送方向
２０８ 概腹位置
２０９ 概節位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子レンジ等のマイクロ波加熱装置に関し、特にマイクロ波放射部の構造に特徴を有するマイクロ波加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波により対象物を加熱処理するマイクロ波加熱装置の代表的な装置としては、電子レンジがある。電子レンジにおいては、マイクロ波発生器において発生したマイクロ波が金属製の加熱室の内部に放射され、加熱室内部の被加熱物が放射されたマイクロ波により加熱処理される。
【０００３】
従来の電子レンジにおけるマイクロ波発生器としては、マグネトロンが用いられている。マグネトロンにより生成されたマイクロ波は、導波管を介して加熱室内部に放射される。加熱室内部におけるマイクロ波の電磁界分布が不均一であると、被加熱物を均一にマイクロ波加熱することができない。
【０００４】
被加熱物を均一に加熱する手段として、被加熱物を載置するテーブルを回転させて被加熱物を回転させる構造、被加熱物を固定してマイクロ波を放射するアンテナを回転させる構造、または位相器によってマイクロ波発生器から発生するマイクロ波の位相を変化させる構造を有するマイクロ波加熱装置が一般的であった。
【０００５】
例えば、従来のマイクロ波加熱装置では、導波管内部に回転アンテナ、アンテナシャフトなどが配置されており、アンテナモータによって回転アンテナを回転させながらマグネトロンを駆動することで、加熱室内のマイクロ波分布の不均一さを低減している。
【０００６】
また、特許文献１に記載されているように、マグネトロンの上部に回転可能なアンテナを設け、回転アンテナの羽根に送風ファンからの冷却風をあてることにより、該送風ファンの風力でアンテナを回転させ、加熱室内のマイクロ波分布を変化させているマイクロ波加熱装置が提案されている。
【０００７】
一方、位相器を有する例として、マイクロ波加熱による被加熱物の加熱ムラの低減と共にコストダウンおよび給電部の省スペース化を図った特許文献２に記載されているように、加熱室内部に円偏波を放射する単一のマイクロ波放射部を有したマイクロ波加熱装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−６４０９３号公報
【特許文献２】米国特許第４３０１３４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来の構成の電子レンジのようなマイクロ波加熱装置では、なるべく簡易的な構造で、被加熱物を効率良く、ムラ無く加熱することが求められているが、これまで提案されていた構造では種々の課題があった。
【００１０】
また、マイクロ波加熱装置、特に電子レンジは、高出力化の技術開発が進み、国内では定格高周波出力１０００Ｗが商品化されている。マイクロ波加熱装置は、熱伝導によって
食品を加熱するのではなく、誘電加熱を用いて直接食品を加熱できる利便性が商品の大きな特徴であるが、加熱ムラが未解決の中での高出力化は加熱ムラの題題をより顕在化させることになる。
【００１１】
従来のマイクロ波加熱装置が抱える構造上の課題としては、下記の３点のことが挙げられる。
【００１２】
１点目は、加熱ムラを低減するためにテーブルまたはアンテナを回転させる機構を必要としており、このため回転スペースおよびテーブルまたはアンテナを回転させるモータなどの設置スペースを確保しなければならず、マイクロ波加熱装置の小型化を阻害していたことである。
【００１３】
２点目は、テーブルまたはアンテナを安定的に回転させるために、回転アンテナを加熱室の上部又は下部に設ける必要があり、構造が制限されていたことである。
【００１４】
３点目は、水蒸気加熱や熱風加熱などの種々の加熱機能を有する電子レンジの登場により、電子レンジの筐体内部に多くの構成部品が必要となることおよび、筐体内部の制御部品などの発熱量が多いため、十分な冷却性能を実現するために風路を確保する必要があり、導波手段およびマイクロ波放射部の設置位置が制限されるため、加熱室内のマイクロ波分布が不均一になってしまうことである。
【００１５】
マイクロ波加熱装置におけるマイクロ波照射室であるアプリケータ内に、テーブルまたは位相器の回転機構などを設置することは信頼性を下げる。よって、これら機構を不要とするマイクロ波加熱装置が要求されている。
【００１６】
また、マイクロ波加熱による被加熱物の加熱ムラの低減と共に、コストダウンおよび給電部の省スペース化を図った特許文献２に記載されているような、円偏波を加熱室内部に放射する単一のマイクロ波放射部を有したマイクロ波加熱装置については、回転機構を有していないという利点はあるが、マイクロ波による十分な均一加熱が実現されていないことが課題である。
【００１７】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、回転機構を用いないで、被加熱物を均一にマイクロ波加熱させることができるマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。また、筐体内部の構成部品により設置位置が制限され、導波手段が加熱室の内壁の中心に対して非対称に設置された場合でも、被加熱物を均一にマイクロ波加熱させることができるマイクロ波加熱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】
【００１８】
前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波放射部の形状および導波手段内のマイクロ波の位相に対するマイクロ波放射部の配置を調整することにより、加熱室内のマイクロ波分布を変化させることを可能とした。
【００１９】
これによって、加熱室内のマイクロ波分布を変化させる制御因子が多くなり、筐体内部の構成部品により設置位置が制限され、導波手段が加熱室の内壁の中心に対して非対称に設置された場合でも、均一なマイクロ波加熱を実現し易くすることができる。
【００２０】
さらに、複数のマイクロ波放射部を有したものである。一つのマイクロ波放射部から放射されるマイクロ波にはマイクロ波放射角があるため、単一のマイクロ波放射部で強く加熱できる範囲には限界がある。
【００２１】
よって、マイクロ波放射部の数を調整することにより、広範囲の加熱室内のマイクロ波分布を調整し、より均一な加熱を実現するこが可能となる。
【００２２】
また、各々のマイクロ波放射部の位置する導波手段内のマイクロ波の位相を調整することにより、各々のマイクロ波放射部から放射されるマイクロ波の相互干渉を利用して、単一のマイクロ波放射部では実現できないマイクロ波分布を得ることが可能となり、均一加熱を実現することが可能となる。
【００２３】
また、円偏波を放射するマイクロ波放射部を有したものである。これによって、マイクロ波放射部から拡がりをもったマイクロ波が放射され、被加熱物へのマイクロ波の放射をより広い範囲で均一化することができる。特に、円偏波の周方向に対しての均一加熱が期待できる。
【００２４】
また、円偏波を放射するマイクロ波放射部を２本以上のスリットにより構成される形状としたものである。これによって、被加熱物の加熱ムラを低減するためのテーブルまたはアンテナを回転させる機構が不要となり信頼性の向上および給電部の小型化が可能となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のマイクロ波加熱装置は、加熱室内に設置した円偏波を放射するマイクロ波放射部の数、形状および導波手段内のマイクロ波の位相に対する配置を調整することにより、筐体内部の構成部品により設置位置が制限され、導波手段が加熱室の内壁の中心に対して非対称に設置された場合でも、被加熱物の均一なマイクロ波加熱が実現できる。また、マイクロ波放射部を２本以上のスリットにより構成される円偏波を放射する形状とすることにより、アンテナを回転させる機構、テーブルを回転させる機構および位相器などを設けなくても、被加熱物を均一にマイクロ波加熱することができ、給電部の小型化、信頼性の向上、コストダウンを図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の断面図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と被加熱物の上面図（ｂ）本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と定在波の関係説明図
【図３】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の導波手段の電界と磁界と電流の関係説明図
【図４】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の導波手段内に生じる定在波の位相と指向性の関係説明図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部とマイクロ波加熱弱領域の上面図（ｂ）本発明の実施の形態１におけるマイクロ波放射部と定在波の関係説明図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態２におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と被加熱物の上面図（ｂ）本発明の実施の形態２におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と定在波の関係説明図
【図７】本発明の実施の形態２におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部とマイクロ波加熱弱領域の上面図およびマイクロ波放射部と定在波の関係説明図
【図８】本発明の実施の形態３におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と被加熱物の上面図およびマイクロ波放射部と定在波の関係説明図
【図９】本発明の実施の形態３におけるマイクロ波加熱装置の実効放射電力の分布図
【図１０】本発明の実施の形態４におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と被加熱物の上面図およびマイクロ波放射部と定在波の関係説明図
【図１１】本発明の実施の形態４におけるマイクロ波加熱装置の実効放射電力の分布図
【図１２】本発明の実施の形態５におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と被加熱物の上面図およびマイクロ波放射部と定在波の関係説明図
【図１３】本発明の実施の形態５におけるマイクロ波加熱装置の実効放射電力の分布図
【図１４】本発明の実施の形態５におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部の形状の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
第１の発明は、被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、マイクロ波を伝送する導波手段と、前記加熱室内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射部を有しており、前記マイクロ波放射部が位置する前記導波手段内のマイクロ波の位相により、前記加熱室内に放射するマイクロ波の指向性を調整するとしたものである。
【００２８】
これによって、加熱室内のマイクロ波分布を変化させる制御因子が多くなり、筐体内部の構成部品により設置位置が制限され、導波手段が加熱室の内壁の中心に対して非対称に設置された場合でも、均一なマイクロ波加熱を実現し易くすることができる。
【００２９】
第２の発明は、特に、第１の発明において、前記導波手段内のマイクロ波の位相における概腹位置に前記マイクロ波放射部を設置することにより、前記加熱室内に放射するマイクロ波が前記導波手段内のマイクロ波の伝送および電界方向に対して直角方向に指向性を有するものである。
【００３０】
これによって、伝送および電界方向に対して直角方向に放射されるマイクロ波量を増加させることにより、均一および高効率なマイクロ波加熱を実現できる。
【００３１】
第３の発明は、特に、第１の発明において、前記導波手段内のマイクロ波の位相における概節位置に前記マイクロ波放射部を設置することにより、前記加熱室内に放射するマイクロ波が前記導波手段内のマイクロ波の伝送方向に指向性を有するものである。
【００３２】
これによって、伝送方向に放射されるマイクロ波量を増加させることにより、均一および高効率なマイクロ波加熱を実現できる。
【００３３】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明において、前記マイクロ波放射部を複数有するものである。
【００３４】
これによって、加熱室内のマイクロ波分布を調整すれば、広範囲において、より均一な加熱を実現するこが可能となる。
【００３５】
第５の発明は、特に、第４の発明において、少なくとも２つの前記マイクロ波放射部が、前記導波手段内のマイクロ波の概同位相にそれぞれ位置するとしたものである。
【００３６】
これによって、より均一な加熱を実現することが可能となる。
【００３７】
第６の発明は、特に、第４の発明において、少なくとも２つの前記マイクロ波放射部が、前記導波手段内のマイクロ波の異なる位相にそれぞれ位置するとしたものである。
【００３８】
これによって、より均一な加熱を実現することが可能となる。
【００３９】
第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか１つの発明において、前記マイクロ波放射部が、円偏波を放射する形状となっているものである。
【００４０】
これによって、より均一な加熱を実現することが可能となる。
【００４１】
以下、本発明に係るマイクロ波加熱装置の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態のマイクロ波加熱装置においては電子レンジについて説明するが、電子レンジは例示であり、本発明のマイクロ波加熱装置は電子レンジに限定されるものではなく、誘電加熱を利用した加熱装置、生ゴミ処理機、あるいは半導体製造装置などのマイクロ波加熱装置を含むものである。また、本発明は、以下の実施の形態の具体的な構成に限定されるものではなく、同様の技術的思想に基づく構成が本発明に含まれる。
【００４２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の横断面図である。図２（ａ）は、本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と被加熱物の上面図、（ｂ）は本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と定在波の関係説明図である。
【００４３】
すなわち、加熱室１０１と導波手段１０３とマイクロ波放射部１０４と被加熱物１０５の位置関係、およびマイクロ波放射部１０４と導波手段１０３内に生じる定在波２０６の関係を説明するための図である。
【００４４】
図３は、本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の導波手段の電界と磁界と電流の関係説明図であり、導波手段１０３内に生じる電界３０１、磁界３０２、電流３０３の関係を説明するための図である。
【００４５】
図４は、マイクロ波放射部１０４の位置する導波手段１０３内のマイクロ波の位相により、放射されるマイクロ波の指向性が変化することを説明するための図であり、これらの結果は電磁界解析により求めた。図５（ａ）は、本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部とマイクロ波加熱弱領域の上面図（ｂ）本発明の実施の形態１におけるマイクロ波放射部と定在波の関係説明図である。
【００４６】
すなわち、加熱室１０１と導波手段１０３とマイクロ波放射部１０４とマイクロ波加熱の弱領域５０１の位置関係およびマイクロ波放射部１０４と導波手段１０３内に生じる定在波２０６の関係を説明するための図である。
【００４７】
図１に示すように、本実施の形態のマイクロ波加熱装置である電子レンジは、被加熱物１０５を収納する加熱室１０１と、マイクロ波発生手段１０２と、マイクロ波発生手段１０２から供給されるマイクロ波を加熱室１０１へ伝送するための導波手段１０３と、加熱室１０１内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射部１０４とを有している。
【００４８】
なお、マイクロ波発生手段１０２にはマグネトロン、導波手段１０３には矩形導波管、マイクロ波放射部１０４には導波手段１０３に設けた開口部を用いることでこの構成を容易に実現できる。
【００４９】
図２に示すように、加熱室１０１内にマイクロ波を放射する複数のマイクロ波放射部１０４を有している。さらに、導波手段における伝送方向の中心軸２０３が導波手段１０３を設置した加熱室の内壁の中心２０１を通らない位置関係となっている構成として説明を行なう。
【００５０】
なお、本発明において、導波手段における伝送方向の中心軸２０３が導波手段１０３を設置した加熱室の内壁の中心２０１を通らない位置関係となっている構成をオフセンタと呼ぶ。
【００５１】
以上のように構成されたマイクロ波加熱装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００５２】
最初にマイクロ波加熱装置の概略動作について説明を行う。使用者により加熱室１０１内に被加熱物１０５が置かれ、加熱開始指示が行われると、マイクロ波加熱装置は、マイクロ波発生手段１０２であるマグネトロンから導波手段１０３内にマイクロ波を供給し、加熱室１０１と導波手段１０３とを接続しているマイクロ波放射部１０４を通じて、加熱室１０１内にマイクロ波を放射することで、マイクロ波加熱装置は被加熱物１０５の加熱を行なう。
【００５３】
次に、加熱室１０１の内壁形状５０２による、加熱室１０１内のマイクロ波分布の不均一性について説明する。
【００５４】
加熱室１０１内の内壁形状５０２は、非対称である場合が多く、誘電率の異なる多数の部品が取付けられている。具体例としては、主に以下の３点が挙げられる。１点目は、被加熱物１０５を取出すためのドア１０６およびドアガラス１０７が取付けてあることである。２点目は、被加熱物１０５を輻射加熱するために上面または底面にヒータ１０８が取付けてあることである。３点目は、被加熱物１０５を対流加熱するために背面裏側にヒータ１０８および対流ファン１０９を取付けるため、内壁形状５０２が複雑となっていることである。
【００５５】
上記のように、加熱室１０１の内壁形状５０２が非対称または誘電率の異なる部品が取付けられていると、加熱室１０１の内壁で反射して被加熱物１０５を加熱する反射波による加熱が不均一となる。
【００５６】
なお、本発明において、マイクロ波放射部１０４から放射され非加熱物を直接加熱するマイクロ波を直接波と呼び、加熱室１０１の内壁で反射したマイクロ波を反射波と呼ぶ。
【００５７】
次に、導波手段１０３と加熱室１０１の位置関係による、加熱室１０１内のマイクロ波分布の不均一性について説明する。
【００５８】
近年、マイクロ波加熱機能だけではなく、他の加熱方式（水蒸気加熱、輻射加熱、熱風加熱など）を有するマイクロ波加熱装置が登場している。このため、他の加熱機能の性能を確保するため、オフセンタとなる場合が多い。
【００５９】
このため、導波手段における伝送方向の中心軸２０３を対称軸にしてマイクロ波放射部１０４を配置したとしても加熱室１０１内に均一なマイクロ波分布を得ることは困難である。
【００６０】
具体例としては、主に以下の２点が挙げられる。１点目は、水蒸気加熱機能を有する場合であり、水蒸気加熱機能を実現するために水タンク１１０、ポンプ１１１、ヒータ１０８、加熱室１０１内へ水蒸気を噴出する噴出口１１２などを加熱室１０１内外に設置する必要があることである。
【００６１】
２点目は、輻射加熱機能を有する場合であり、上面または底面にヒータ１０８を設置す
る必要があることである。
【００６２】
また、マイクロ波加熱装置の筐体内に設置されているインバータ、マグネトロン、制御基盤などからの発熱量は多く、十分に冷却をしなければ、正常な動作ができない部品または焼損する部品がある。よって、十分な冷却性能を確保するために冷却風路１１３の設置位置が優先され、オフセンタとなる場合が多い。
【００６３】
以上のことより、マイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波に指向性を持たせなければ、被加熱物１０５を均一にマイクロ波加熱することは困難である。
【００６４】
従来は、マイクロ波放射部１０４が、単一または導波手段における伝送方向の中心軸２０３が対称軸となるように配置していたため、導波手段１０３がオフセンタの場合は、加熱室１０１内のマイクロ波分布が加熱室の内壁の中心２０１に対して非対称となり、被加熱物１０５を均一に加熱することができなかった。
【００６５】
次に、マイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波の指向性を調整する構成について説明する。
【００６６】
図２の（ｂ）に示すように、導波手段１０３として矩形導波管を用いている場合、マイクロ波発生手段１０２から発生した進行波と導波管の終端２０２で反射した反射波が互いに干渉し、導波管内に定在波２０６が生じる。マイクロ波放射部１０４の位置する定在波２０６の位相によって、マイクロ波放射部１０４の有する指向性は変化する。指向性が変化する原理については以下で説明する。
【００６７】
図３を用いて、定在波２０６における電界３０１・磁界３０２・電流３０３の関係について説明する。進行波は電界３０１と磁界３０２の方向は９０°ずれており、位相は同一である。これに対し、定在波２０６は電界３０１と磁界３０２の方向は９０°ずれており、位相はπ／２ずれている。よって、定在波２０６が発生している矩形導波管内の電界３０１と磁界３０２の関係は図４のようになる。これは、定在波２０６の場合は、進行波が導波管の終端２０２で反射する際に、電界３０１の位相が１８０°ずれることが主な原因である。なお、電流３０３は導波手段１０３の表面を磁界３０２に直交する方向に流れる。
【００６８】
定在波２０６が発生している矩形導波管内の電界方向２０７に垂直な面にマイクロ波放射部１０４を設置した場合の、マイクロ波の指向性についての原理説明を行なう。
【００６９】
図３に示すように導波管内の定在波２０６について、概腹位置２０８と概節位置２０９にマイクロ波放射部１０４が置かれた場合について考える。マイクロ波放射部１０４における電流３０３の伝送方向２０５成分と伝送および電界方向に対して直角方向２０４成分を考えた場合、概腹位置に置かれたマイクロ波放射部１０４における電流３０３には伝送および電界方向に対して直角方向２０４成分が多い。
【００７０】
電流３０３の流れる方向と電界３０１が拡がる方向は同一であるので、放射されるマイクロ波は、伝送および電界方向に対して直角方向２０４に指向性を持つ。
【００７１】
また、概節位置に置かれたマイクロ波放射部１０４における電流３０３には伝送方向２０５成分が多い。このため、放射されるマイクロ波は、伝送方向２０５に指向性を持つ。
【００７２】
次に、マイクロ波放射部１０４直下の定在波２０６の位相と放射されるマイクロ波の指向性の関係を図４に示す。
【００７３】
なお、図４は本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の導波手段内に生じる定在波の位相と指向性の関係説明図であり、電磁界解析によって求めたものである。図４（ａ）は、導波管の終端からマイクロ波放射部１０４の距離を変えることにより、マイクロ波放射部１０４直下の導波管内の定在波の位相を変えた図、（ｂ）は、位相が約０°（概腹位置）の場合は、上述の原理説明と同様に伝送方向２０５にマイクロ波の指向性を有することを示す図である。
【００７４】
定在波２０６の腹位置を位相０°とし、節位置を１８０°として、位相約０°から約１８０°まで約４５°刻みで、マイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波の分布を電磁界解析により求めた。
【００７５】
なお、図４の（ａ）に示すように、本解析では導波管の終端２０２からマイクロ波放射部１０４の距離を変えることにより、マイクロ波放射部１０４の位置する導波管内の定在波２０６の位相を変えている。
【００７６】
図４の（ａ）のように位相が約０°（概腹位置２０８）の場合は、上述の原理説明と同様に伝送および電界方向に対して直角方向２０４の指向性を有する。
【００７７】
位相を約４５°ずらしていくことによって、マイクロ波の指向性は、反時計回りに推移していき、位相が約１８０°（概節位置２０９）の場合に伝送方向２０５にマイクロ波の指向性を有する。これも上述の原理説明と一致している。
【００７８】
上記の技術を応用することにより、狙った方向に指向性を有するマイクロ波放射部１０４を設置することができ、加熱室１０１内の不均一なマイクロ波分布を改善することが可能となる。
【００７９】
次に、図４に示した解析結果の解析条件を以下に記載する。
【００８０】
本解析では、矩形導波管を用いてマイクロ波発生装置であるマグネトロンから発生したマイクロ波を伝送し、導波管の伝送方向２０５には磁界３０２成分のみが存在して、電界３０１成分のない伝送モードであるＨ波（ＴＥ波；電気的横波伝送 Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗａｖｅ）におけるＴＥ１０モードという伝送モードにより、マイクロ波が伝送されている場合を想定している。
【００８１】
なお、ＴＥ１０モード以外の伝送モードがマイクロ波加熱装置の導波手段１０３に適用されることは殆どない。なお、導波管の伝送および電界方向に対して直角方向２０４の寸法の上限および下限は、マイクロ波の周波数と、導波管の電界方向２０７の寸法によって決定される。
【００８２】
本解析における矩形導波管は、電界方向２０７の寸法が３０ｍｍ、伝送および電界方向に対して直角方向２０４の寸法が１００ｍｍとなっており、解析に用いたマイクロ波の周波数は２．４６ＧＨｚとした。
【００８３】
また、放射方向を９０°変えるために必要なマイクロ波放射部１０４の移動距離は、管内定在波２０６の約半波長分であり、解析に用いたマイクロ波の周波数は２．４６ＧＨｚであるので、放射方向を９０°変えるために必要なマイクロ波放射部１０４の移動距離は、約６０ｍｍとなる。
【００８４】
また、図２に示すように、マイクロ波放射部１０４の形状は２本のスリットを各スリッ
トの中央で直交させ、伝送方向２０５に対してスリットを４５°傾けた構成となっている。
【００８５】
また、マイクロ波放射部１０４の数は１個、各スリットの長さは５５ｍｍ、図４の（ｂ）における指向性の表示データは実効放射電力である。
【００８６】
上記のオフセンタによる直接波・反射波の不均一性および加熱室１０１の内壁形状５０２・ドアガラス１０７などによる反射波の不均一性により、加熱室１０１内のマイクロ波分布が不均一になっている場合に、上述のマイクロ波放射部１０４の位置する導波手段１０３内のマイクロ波の位相により、放射するマイクロ波の指向性を調整し、加熱室１０１内のマイクロ波分布を改善する方法の一例を説明する。
【００８７】
まず、図２のように導波手段１０３が加熱室の内壁の中心２０１に対して、伝送および電界方向に対して直角方向２０４にオフセンタとなっている場合について考える。
【００８８】
従来のマイクロ波加熱を用いると、マイクロ波放射部１０４からの距離が長くなるに従って、被加熱物１０５の加熱が弱くなる傾向がある。よって、図２に示したような位置に置かれた被加熱物１０５においては、マイクロ波加熱は弱く、低効率な加熱となってしまう。
【００８９】
そこで、 上述のマイクロ波放射部１０４の位置する導波手段１０３内のマイクロ波の位相と指向性の関係を利用して、概腹位置２０８にマイクロ波放射部１０４を設置することにより、伝送および電界方向に対して直角方向２０４に放射されるマイクロ波量を増加させることにより、均一および高効率なマイクロ波加熱を実現できる。
【００９０】
また、図５のように加熱室１０１の内壁形状５０２・ドアガラス１０７などの影響による反射波の不均一性により、指向性のないマイクロ波放射部１０４を用いると、導波手段１０３の伝送および電界方向に対して直角方向２０４にマイクロ波加熱の弱領域５０１が生じる場合を考える。
【００９１】
この場合も上記のオフセンタの場合と同様に、概腹位置２０８にマイクロ波放射部１０４を設置することにより、伝送および電界方向に対して直角方向２０４に放射されるマイクロ波量を増加させることにより、均一および高効率なマイクロ波加熱を実現できる。
【００９２】
（実施の形態２）
図６の（ａ）は、本発明の実施の形態２におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と被加熱物の上面図（ｂ）本発明の実施の形態２におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と定在波の関係説明図である。
【００９３】
すなわち、加熱室１０１と導波手段１０３とマイクロ波放射部１０４と被加熱物１０５の位置関係を示した図であり、導波手段１０３がオフセンタとなっていることを示している。また、図６の（ｂ）は、マイクロ波放射部１０４の位置と導波手段１０３内の定在波２０６の位相の関係を示した図である。
【００９４】
図７の（ａ）は、本実施の形態における加熱室１０１と導波手段１０３とマイクロ波放射部１０４と被加熱物１０５の位置関係を示した図であり、加熱室１０１の内壁形状５０２・ドアガラス１０７などによる反射波の不均一性により、マイクロ波加熱の弱領域５０１が生じていることを示している。また、図７の（ｂ）は、マイクロ波放射部１０４の位置と導波手段１０３内の定在波２０６の位相の関係を示した図である。
【００９５】
なお、図面において、（実施の形態１）と同一動作を示す部分は同一番号を付与している。また、（実施の形態２）における基本的な動作は（実施の形態１）と同様であるとして、以下その動作、作用を説明する。
【００９６】
（実施の形態１）と同様に図６および図７に示したように、オフセンタによる直接波・反射波の不均一性および加熱室１０１の内壁形状５０２・ドアガラス１０７などによる反射波の不均一性により、加熱室１０１内のマイクロ波分布が不均一になっている場合に、上述のマイクロ波放射部１０４の位置する導波手段１０３内のマイクロ波の位相により、放射するマイクロ波の指向性を調整し、加熱室１０１内のマイクロ波分布を改善する方法の一例を説明する。
【００９７】
まず、図６のように導波手段１０３が加熱室の内壁の中心２０１に対して、伝送方向２０５に偏った配置となっている場合について考える。
【００９８】
従来のマイクロ波加熱を用いると、マイクロ波放射部１０４からの距離が長くなるに従って、被加熱物１０５の加熱が弱くなる傾向がある。よって、図６に示したような位置に置かれた被加熱物１０５においては、マイクロ波加熱は弱く、低効率な加熱となってしまう。
【００９９】
そこで、 上述のマイクロ波放射部１０４の位置する導波手段１０３内のマイクロ波の位相と指向性の関係を利用して、概節位置２０９にマイクロ波放射部１０４を設置することにより、伝送方向２０５に放射されるマイクロ波量を増加させることにより、均一および高効率なマイクロ波加熱を実現できる。
【０１００】
また、図７のように加熱室１０１の内壁形状５０２・ドアガラス１０７などの影響による反射波の不均一性により、導波手段１０３の伝送および電界方向に対して直角方向２０４にマイクロ波加熱の弱領域５０１が生じる場合を考える。
この場合も上記のオフセンタの場合と同様に、概節位置２０９にマイクロ波放射部１０４を設置することにより、伝送方向２０５に放射されるマイクロ波量を増加させることにより、均一および高効率なマイクロ波加熱を実現できる。
【０１０１】
（実施の形態３）
図８の（ａ）は、本発明の実施の形態３における加熱室１０１と導波手段１０３とマイクロ波放射部１０４と被加熱物１０５の位置関係を示した図である。図８の（ｂ）は、マイクロ波放射部１０４の位置と導波手段１０３内の定在波２０６の位相の関係を示した図である。
【０１０２】
図９は、本実施の形態におけるマイクロ波放射部１０４から放射される直接波の分布を電磁界解析により求めたものであり、指向性の表示データは実効放射電力である。なお、マイクロ波放射部１０４の数は２個であること以外は、（実施の形態１）の解析条件と同じである。
【０１０３】
図面において、（実施の形態１）または（実施の形態２）と同一動作を示す部分は同一番号を付与している。また、（実施の形態３）における基本的な動作は（実施の形態１）および（実施の形態２）と同様であるとして、以下その動作、作用を説明する。
【０１０４】
まず、複数のマイクロ波放射部１０４を有するマイクロ波加熱装置の利点について説明する。
【０１０５】
単一のマイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波には放射角があるため、単一
のマイクロ波放射部１０４で強く加熱できる範囲には限界があり、マイクロ波放射部１０４上が強く加熱される傾向があるため、不均一なマイクロ波加熱となってしまうことが多い。
【０１０６】
特に、加熱室１０１の底面にマイクロ波放射部１０４が設置されている場合においては、被加熱物１０５がマイクロ波放射部１０４に対して近距離に置かれることが多く、マイクロ波が十分に拡がらず、マイクロ波の集中が顕著となる。
【０１０７】
よって、マイクロ波放射部１０４の数を増やすことにより、加熱室１０１内のマイクロ波分布を調整すれば、広範囲において、より均一な加熱を実現するこが可能となる。
【０１０８】
また、各々のマイクロ波放射部１０４の位置する導波手段１０３内のマイクロ波の位相を調整することにより、各々のマイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波の指向性を調整すると供に、各々のマイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波の相互干渉を利用して、単一のマイクロ波放射部１０４では実現できないマイクロ波分布を得ることが可能となり、均一加熱を実現することが可能となる。
【０１０９】
次に、図８に示したように導波手段１０３内の定在波２０６の位相における概腹位置２０８に２個のマイクロ波放射部１０４を伝送方向２０５に並べて設置した際の加熱室１０１内への直接波の実効放射電力の分布が図９のようになる理由を説明する。
【０１１０】
（実施の形態１）の図４で説明したように、概腹位置２０８に設置されたマイクロ波放射部１０４からは、伝送および電界方向に対して直角方向２０４に指向性を持ったマイクロ波が放射される。
【０１１１】
本実施の形態では、概腹位置２０８に２個のマイクロ波放射部１０４が設置されており、各々のマイクロ波放射部１０４からそれぞれ伝送および電界方向に対して直角方向２０４に指向性を持ったマイクロ波が放射され、加熱室１０１内で相互干渉する。
【０１１２】
任意の点でのマイクロ波の相互干渉は、各々のマイクロ波放射部１０４からの距離によって決定される。放射されるマイクロ波に指向性がない場合、任意の点までの各々のマイクロ波放射部１０４から距離の差がマイクロ波の加熱室１０１内での波長の１／２の偶数倍（０を含む）の時、マイクロ波は強め合い、奇数倍の時は弱め合う。
【０１１３】
なお、一般的なマイクロ波加熱装置用いられるマイクロ波の周波数２．４５ＧＨｚの場合、加熱室１０１内などの空気中での波長は、約１２０ｍｍである。
【０１１４】
しかしながら、概腹位置２０８に設置されたマイクロ波放射部１０４は、上述の指向性を有しているため、図８の（ａ）に示したように概腹位置２０８にある２個のマイクロ波放射部１０４を伝送方向２０５へ並べて設置した位置関係では、マイクロ波の相互干渉が直接波の分布に明瞭な影響を及ぼすことはなく、図９に示したように両方のマイクロ波放射部１０４から伝送および電界方向に対して直角方向２０４に指向性を持った実効放射電力の分布となる。
【０１１５】
図９に示すような実効放射電力の分布の場合、図８の（ａ）に示したように、マイクロ波放射部１０４を中心として、実効放射電力の強い四隅に被加熱物１０５を置くことで、均一加熱が可能となる。
【０１１６】
（実施の形態４）
図１０の（ａ）は、本発明の実施の形態４における加熱室１０１と導波手段１０３とマ
イクロ波放射部１０４と被加熱物１０５の位置関係を示した図である。図１０の（ｂ）は、マイクロ波放射部１０４の位置と導波手段１０３内の定在波２０６の位相の関係を示した図である。
【０１１７】
図１１は、本実施の形態におけるマイクロ波放射部１０４から放射される直接波の分布を電磁界解析により求めたものであり、マイクロ波分布を実効放射電力で表示している。
【０１１８】
図面において、（実施の形態１）〜（実施の形態３）と同一動作を示す部分は同一番号を付与している。また、（実施の形態４）における基本的な動作および電磁界解析の条件は（実施の形態１）〜（実施の形態３）と同様であるとして、以下その動作、作用を説明する。
【０１１９】
まず、図１０に示したように導波手段１０３内の定在波２０６の位相における概節位置２０９に２個のマイクロ波放射部１０４を、伝送方向２０５と伝送および電界方向に対して直角方向２０４に距離を有するように設置した際の加熱室１０１内への直接波の実効放射電力の分布が、図１１のようになる理由を説明する。
【０１２０】
（実施の形態１）の図４で説明したように、概節位置２０９に設置されたマイクロ波放射部１０４からは、伝送方向２０５に指向性を持ったマイクロ波が放射される。
【０１２１】
本実施の形態では、概節位置２０９に２個のマイクロ波放射部１０４が設置されており、各々のマイクロ波放射部１０４からそれぞれ伝送方向２０５に指向性を持ったマイクロ波が放射され、加熱室１０１内で相互干渉する。
【０１２２】
なお、（実施の形態３）で説明したように、任意の点でのマイクロ波の相互干渉は、マイクロ波放射部１０４の有する指向性と各々のマイクロ波放射部１０４からの距離とマイクロ波の波長によって決定される。
【０１２３】
上述のように概節位置２０９に２個のマイクロ波放射部１０４を設置した場合、両方のマイクロ波放射部１０４は伝送方向２０５への指向性を有している。
【０１２４】
図１０の（ａ）に示したように概節位置２０９にある２個のマイクロ波放射部１０４を伝送方向２０５と伝送および電界方向に対して直角方向２０４に距離を有するように設置した位置関係では、図１１に示すようにマイクロ波放射部１０４間の中央でマイクロ波が強め合い実効放射電力が強くなり、伝送方向２０５に指向性を持った実効放射電力の分布となる。
【０１２５】
図１１に示すような実効放射電力の分布の場合、図１０の（ａ）に示したように、実効放射電力の強い伝送方向２０５に複数の被加熱物１０５を置くことで、均一加熱が可能となる。
【０１２６】
（実施の形態５）
図１２の（ａ）は、本発明の実施の形態５における加熱室１０１と導波手段１０３とマイクロ波放射部１０４と被加熱物１０５の位置関係を示した図である。また、図１２の（ｂ）は、マイクロ波放射部１０４の位置と導波手段１０３内の定在波２０６の位相の関係を示した図である。
【０１２７】
図１３は、本実施の形態におけるマイクロ波放射部１０４から放射される直接波の分布を電磁界解析により求めたものであり、マイクロ波分布を実効放射電力で表示している。
【０１２８】
図１４は、円偏波を放射するマイクロ波放射部１０４の形状の例を示した図である。
【０１２９】
図面において、（実施の形態１）〜（実施の形態４）と同一動作を示す部分は同一番号を付与している。また、（実施の形態５）における基本的な動作および電磁界解析の条件は（実施の形態１）〜（実施の形態４）と同様であるとして、以下その動作、作用を説明する。
【０１３０】
まず、円偏波の特徴および円偏波を用いたマイクロは加熱の利点について説明する。
【０１３１】
円偏波とは、移動通信および衛星通信の分野で広く用いられている技術である。身近な使用例としては、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）「ノンストップ自動料金収受システム」などが挙げられる。円偏波は、電界３０１の偏波面が電波の進行方向に対して時間に応じて回転するマイクロ波であり、円偏波を形成すると電界３０１の方向が時間に応じて変化し続けるので、加熱室１０１内に放射されるマイクロ波の放射角度も変化し続け、時間的に電界強度の大きさが変化しないという特徴を有している。
【０１３２】
前記の特徴により、従来のマイクロ波加熱装置に用いられている直線偏波によるマイクロ波加熱と比較して、広範囲にわたってマイクロ波が分散放射されて、被加熱物１０５を均一に加熱することができるようになる。特に、円偏波の周方向に対して均一加熱の傾向が強い。
【０１３３】
なお、円偏波は回転方向から右旋偏波（ＣＷ：ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ）と左旋偏波（ＣＣＷ：ｃｏｕｎｔｅｒ ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ）の２種類に分類されるが、加熱性能に違いはない。
【０１３４】
よって、従来の直線偏波を用いたマイクロ波加熱装置によるマイクロ波加熱で問題とされていた、直接波と反射波の干渉によって生じる加熱室１０１内に定在波を緩和することが可能となり、より均一なマイクロ波加熱を実現することができる。
【０１３５】
円偏波に対して、導波手段１０３内のマイクロ波は電場および磁場の振動方向が一定方向である直線偏波である。上記の直線偏波を加熱室１０１内に放射する従来のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波分布の不均一さを低減するために、被加熱物１０５を載置するテーブルを回転させる構造、導波手段１０３から加熱室１０１へマイクロ波を放射するアンテナを回転させる構造、または導波手段１０３内に位相器を設置しなければならなかった。
【０１３６】
しかし、テーブル、アンテナを回転させる機構および位相器を設置しても、加熱室１０１内において十分均一なマイクロ波加熱を実現するには不十分である。さらに、回転機構および位相器を設置することにより、マイクロ波加熱装置の構造の複雑化、構造の制限または信頼性の低下が課題となる。
【０１３７】
次に、円偏波を発生するマイクロ波放射部１０４の形状について説明する。特にここでは、少なくとも２本以上のスリットにより構成されるマイクロ波放射部１０４について述べる。
【０１３８】
形状の例を示した図１４（ａ）〜（ｆ）のように、２本以上のスリットにより構成されており、このうちの少なくとも１本のスリットの長辺６０１をマイクロ波の伝送方向２０５に対して傾いた形状となっていれば良い。よって、図１４の（ｅ）および（ｆ）のように交差していない形状や、図８の（ｄ）のように３本のスリットにより構成されている形
状でも良い。
【０１３９】
なお、図１４に示すように２本のスリットにより構成されている円偏波を放射するマイクロ波放射部１０４の最良な形状の条件としては以下の３点が挙げられる。
【０１４０】
１点目は、各スリットの長辺６０１の長さは導波手段１０３内を伝送されているマイクロ波の管内波長の１／４以上であることである。
【０１４１】
２点目は、２本のスリットはお互いに直交していることおよび伝送方向２０５に対して各スリットの長辺が４５°傾いていることである。
【０１４２】
３点目は、導波手段１０３の伝送方向２０５に平行かつマイクロ波放射部１０４の中心を通る直線を軸として、電界３０１の分布が軸対照とならないことである。例えば、特許文献２で示されているように、ＴＥ１０モードでマイクロ波を伝送している場合においては、導波手段における伝送方向の中心軸２０３を対称軸として電界３０１が分布しているので、マイクロ波放射部１０４の形状が、導波手段における伝送方向の中心軸２０３に対して軸対照とならないように配置することが条件となる。
【０１４３】
次に、図１２に示したように導波手段１０３内の定在波２０６の位相における概節位置２０９に２個のマイクロ波放射部１０４を伝送方向２０５に並べて配置し、前記の概節位置２０９のマイクロ波放射部１０４の伝送方向２０５の中間に、伝送および電界方向に対して直角方向２０４に距離を有するように、概腹位置２０８に１個のマイクロ波放射部１０４を設置した際の加熱室１０１内への直接波の実効放射電力の分布が、図１３のようになる理由を説明する。
【０１４４】
（実施の形態１）の図４で説明したように、概節位置２０９に設置されたマイクロ波放射部１０４からは、伝送方向２０５に指向性を持ったマイクロ波が放射され、概腹位置２０８に設置されたマイクロ波放射部１０４からは、伝送および電界方向に対して直角方向２０４に指向性を持ったマイクロ波が放射される。
【０１４５】
本実施の形態では、概節位置２０９に２個、概腹位置２０８に１個のマイクロ波放射部１０４がそれぞれ設置されており、各々のマイクロ波放射部１０４からそれぞれに指向性を持ったマイクロ波と伝送および電界方向に対して直角方向２０４に指向性を持ったマイクロ波が放射され、加熱室１０１内で相互干渉する。
【０１４６】
なお、（実施の形態３）で説明したように、任意の点でのマイクロ波の相互干渉は、マイクロ波放射部１０４の有する指向性と各々のマイクロ波放射部１０４からの距離とマイクロ波の波長によって決定される。
【０１４７】
図１２の（ａ）に示したように概節位置２０９に２個のマイクロ波放射部１０４を設置していることから、伝送方向２０５へマイクロ波を放射させることが可能となる。さらに、概腹位置２０８に１個のマイクロ波放射部１０４を設置していることから、伝送および電界方向に対して直角方向２０４へマイクロ波を放射させることが可能となる。
【０１４８】
概節位置２０９と概腹位置２０８に設置されたマイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波の指向性はほぼ直角方向であるため、マイクロ波の相互干渉が直接波の分布に明瞭な影響を及ぼすことはなく、３個のマイクロ波放射部１０４の中央を中心に円周方向に均一にマイクロ波を放射させることが可能となる。
【０１４９】
なお、実効放射電力の分布は、マイクロ波放射部１０４の中央を中心から遠ざかるに従
って弱くなる傾向がある。
【０１５０】
よって、図１３に示すようにマイクロ波放射部１０４間の中央で実効放射電力が強く、３個のマイクロ波放射部１０４の中央を中心に円周方向に均一な指向性を持った実効放射電力の分布となる。
【０１５１】
図１３に示すような実効放射電力の分布の場合、３個のマイクロ波放射部１０４の中央から同距離に複数の被加熱物１０５を置くことによって、各被加熱物１０５を比較した場合に、均一加熱が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１５２】
以上のように、本発明のマイクロ波加熱装置は、被加熱物への均一照射ができるので、個食食品の加熱加工や殺菌などを行うマイクロ波加熱装置などに有効に利用することができる。
【符号の説明】
【０１５３】
１０１ 加熱室
１０２ マイクロ波発生手段
１０３ 導波手段
１０４ マイクロ波放射部
２０４ 伝送および電界方向に対して直角方向
２０５ 伝送方向
２０８ 概腹位置
２０９ 概節位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、マイクロ波を伝送する導波手段と、前記加熱室内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射部を有しており、前記マイクロ波放射部が位置する前記導波手段内のマイクロ波の位相により、前記加熱室内に放射するマイクロ波の指向性を調整するマイクロ波加熱装置。
【請求項２】
前記導波手段内のマイクロ波の位相における概腹位置に前記マイクロ波放射部を設置することにより、前記加熱室内に放射するマイクロ波が前記導波手段内のマイクロ波の伝送および電界方向に対して直角方向に指向性を有する請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項３】
前記導波手段内のマイクロ波の位相における概節位置に前記マイクロ波放射部を設置することにより、前記加熱室内に放射するマイクロ波が前記導波手段内のマイクロ波の伝送方向に指向性を有する請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項４】
前記マイクロ波放射部を複数有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項５】
少なくとも２つの前記マイクロ波放射部が、前記導波手段内のマイクロ波の概同位相にそれぞれ位置する請求項４に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項６】
少なくとも２つの前記マイクロ波放射部が、前記導波手段内のマイクロ波の異なる位相にそれぞれ位置する請求項４に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項７】
前記マイクロ波放射部が、円偏波を放射する形状となっている請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１】
被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、マイクロ波を伝送する導波手段と、前記加熱室内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射部を有しており、前記マイクロ波放射部が位置する前記導波手段内のマイクロ波の位相により、前記加熱室内に放射するマイクロ波の指向性を調整するマイクロ波加熱装置。
【請求項２】
前記導波手段内のマイクロ波の位相における概腹位置に前記マイクロ波放射部を設置することにより、前記加熱室内に放射するマイクロ波が前記導波手段内のマイクロ波の伝送および電界方向に対して直角方向に指向性を有する請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項３】
前記導波手段内のマイクロ波の位相における概節位置に前記マイクロ波放射部を設置することにより、前記加熱室内に放射するマイクロ波が前記導波手段内のマイクロ波の伝送方向に指向性を有する請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項４】
前記マイクロ波放射部を複数有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項５】
少なくとも２つの前記マイクロ波放射部が、前記導波手段内のマイクロ波の概同位相にそれぞれ位置する請求項４に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項６】
少なくとも２つの前記マイクロ波放射部が、前記導波手段内のマイクロ波の異なる位相にそれぞれ位置する請求項４に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項７】
前記マイクロ波放射部が、円偏波を放射する形状となっている請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−８６０３（Ｐ２０１３−８６０３Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４１３５８（Ｐ２０１１−１４１３５８）
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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