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、均一に加熱すること。
【解決手段】Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管１０６に複数のマイクロ波放射部を設け、加熱室１０３下部の広い範囲にマイクロ波放射部１０８を配置した状態で、加熱室１０３内に載置された被加熱物１０２にマイクロ波を放射することで、回転機構を用いることなく被加熱物１０２を均一に加熱することができる。
【解決手段】Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管１０６に複数のマイクロ波放射部を設け、加熱室１０３下部の広い範囲にマイクロ波放射部１０８を配置した状態で、加熱室１０３内に載置された被加熱物１０２にマイクロ波を放射することで、回転機構を用いることなく被加熱物１０２を均一に加熱することができる。
【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】
マイクロ波により被加熱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、マイクロ波供給手段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供給手段としては、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供給手段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、該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、マイクロ波加熱による被加熱物の不均一加熱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、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問題があった。
【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。電子レンジは、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、不均一加熱が未解決の中での高出力化は不均一加熱の問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問題としては、下記の２点のことが挙げられる。１点目は、不均一加熱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、電子レンジの小型化を阻害していたことである。
【００１２】
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、該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。
【００１３】
マイクロ波加熱装置におけるマイクロ波照射室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。
【００１４】
また、マイクロ波加熱による被加熱物の不均一加熱の低減と共に、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、マイクロ波加熱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。
【００１５】
本発明は前記課題を解決するものであり、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。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記従来の課題を解決するために、Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管に複数のマイクロ波放射部を設けることにより、加熱室底面の広い範囲にマイクロ波放射部を配置した状態で、加熱室内に載置された被加熱物のマイクロ波加熱を行うことが可能となる。この構成によれば、マイクロ波を複数箇所の広い範囲に分散させた開口から放射することとなり、回転機構を用いることなく被加熱物を均一にマイクロ波加熱することが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【００１７】
また、Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管の終端処理部が、導波管内のマイクロ波を固定端反射し定在波を発生させるための反射構成を備え、定在波の腹もしくは節が加熱室のマイクロ波伝送方向における略中央に配置されることで、定在波の状態を加熱室中心に対して対称とすることができ、マイクロ波放射部から対称性を備えたマイクロ波放射を行うことが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【００１８】
また、Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管の終端処理部が、導波管内を通るマイクロ波を前記加熱室に導くための加熱室入力部を備え、導波管内を伝送するマイクロ波を、定在波の少ない進行波とした状態で、導波管に設けたマイクロ波放射部によりマイクロ波を加熱室内に放射して被加熱物の加熱を行うことにより、放射量が変化するマイクロ波を複数箇所に分散させた開口から放射することが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【００１９】
また、マイクロ波放射部が前記Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管に設けた開口からなり、マイクロ波放射部の開口面積を、前記マイクロ波供給手段からの伝送距離が遠くなるに従って大きくすることにより、マイクロ波放射部からのマイクロ波放射量を均等化することが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【００２０】
また、マイクロ波放射部が円偏波を放射する形状とすることで、均一加熱範囲をより広くすることができる。
【００２１】
また、マイクロ波放射部を加熱室中心に対し略対称に複数個配置されているマイクロ波加熱装置とすることで、加熱室内にある被加熱物への放射量を対称とし均一にマイクロ波放射を行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管に複数のマイクロ波放射部を設けることにより、加熱室底面の広い範囲にマイクロ波放射部を配置した状態で、加熱室内に載置された被加熱物のマイクロ波加熱を行うことが可能となる。この構成によれば、マイクロ波を複数箇所の広い範囲に分散させた開口から放射することとなり、回転機構を用いることなく被加熱物を均一にマイクロ波加熱することが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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上面図
【図２】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斜視図
【図４】本発明の実施の形態１におけるＨコーナーを備えた導波管の斜視図
【図５】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波放射部配置を説明する説明図
【図６】本発明の実施の形態２におけるマイクロ波加熱装置の上面図
【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断面図
【図８】本発明の実施の形態２におけるマイクロ波放射部配置を説明するための模式図
【図９】本発明の実施の形態３におけるマイクロ波放射部配置を説明するための模式図
【図１０】本発明の実施の形態４におけるマイクロ波放射部配置を説明するための模式図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
第１の発明は、被加熱物を入れる加熱室と、前記被加熱物を載置する載置部と、前記加熱室にマイクロ波を供給するためのマイクロ波供給手段と、前記マイクロ波供給手段から供給されるマイクロ波を前記加熱室へ伝送するためのＨコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管と、前記導波管の終端処理部と、前記導波管内を通るマイクロ波を前記加熱室内の前記被加熱物へ放射するために前記マイクロ波供給手段と前記Ｈコーナーとの間および前記Ｈコーナーと前記終端処理部との間に複数のマイクロ波放射部を備えたマイクロ波加熱装置とすることにより、加熱室底面の広い範囲に複数のマイクロ波放射部を分散配置した状態でマイクロ波を放射することができ、回転機構を用いることなく被加熱物を均一にマイクロ波加熱することが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【００２５】
第２の発明は、特に、第１の発明において、前記終端処理部が、前記Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管内のマイクロ波を固定端反射し定在波を発生させるための反射構成を備え、前記定在波の腹もしくは節が前記加熱室のマイクロ波伝送方向における略中央に配置されるマイクロ波加熱装置とすることにより、定在波を加熱室中心に対し対称に配置することができ、マイクロ波放射部から対称性を備えたマイクロ波放射を行うことが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【００２６】
第３の発明は、特に、第１の発明において、前記終端処理部が、前記Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管の終端において前記導波管内を通るマイクロ波を前記加熱室に導くための加熱室入力部を備えているマイクロ波加熱装置とすることにより、導波管内を伝送するマイクロ波を、定在波の少ない進行波とした状態で、導波管に設けたマイクロ波放射部によりマイクロ波を加熱室内に放射して被加熱物の加熱を行うことにより、放射量が変化するマイクロ波を複数箇所に分散させた開口から放射することが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【００２７】
第４の発明は、特に、第３の発明において、前記マイクロ波放射部が前記Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管に設けた開口からなり、前記マイクロ波放射部の開口面積を、前記マイクロ波供給手段からの伝送距離が遠くなるに従って大きくすることにより、マイクロ波放射部からのマイクロ波放射量を均等化するマイクロ波加熱装置とすることにより、マイクロ波放射部からのマイクロ波放射量を均等化することが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【００２８】
第５の発明は、特に、第１〜４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構成であるマイクロ波加熱装置とすることにより、均一加熱範囲をより広くすることができる。
【００２９】
第６の発明は、特に、第１〜５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前記加熱室中心に対し略対称に配置されるマイクロ波加熱装置とすることにより、加熱室内にある被加熱物への放射量を対称とし均一にマイクロ波放射を行うことができる。
【００３０】
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。
【００３１】
（実施の形態１）
図１および図２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上面図および断面図である。図１、図２において、１０１は筐体、１０２は被加熱物、１０３は加熱室、１０４は載置部、１０５はマイクロ波供給手段、１０６は導波管、１０７は終端処理部、１０８はマイクロ波放射部、１０９はＨコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）である。なお、載置部１０４にはガラス板、マイクロ波供給手段１０５にはマグネトロン、導波管１０６にはＨコーナーを備えた方形導波管、終端処理部１０７にはマイクロ波を反射するための反射構成、マイクロ波放射部１０８には導波管１０６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。
【００３２】
図３は実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の斜視図である。図３において３０１は被加熱物１０２を加熱室１０３へ出し入れするための扉である。
【００３３】
図４はＨコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管１０６の概略斜視図、図５（ａ）は終端処理部１０７付近の導波管１０６の側面図、図５（ｂ）は導波管上面のマイクロ波放射部の概略図、図５（ｃ）はマイクロ波供給手段１０５とＨコーナー１０９の間にあるマイクロ波放射部１０８付近における導波管１０６の側面図である。ここでは、マイクロ波放射部１０８を導波管１０６上部に設けた開口とし、導波管１０６内に存在するマイクロ波を加熱室１０３へ放射する構成として説明を行う。
【００３４】
まず、マイクロ波加熱装置の概略動作の説明を行う。使用者により加熱室１０３内の載置部１０４上に被加熱物１０２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、マイクロ波供給手段１０５であるマグネトロンから導波管１０６内にマイクロ波を供給し、マイクロ波反射構成をなす終端処理部１０７で反射させることで図５（ｂ）に示すように加熱室１０３下の導波管１０６内にマイクロ波の定在波を形成する。ここでマイクロ波供給源として形成された定在波からマイクロ波放射部１０８により、加熱室１０３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１０２の加熱を行う。
【００３５】
次にマイクロ波加熱装置における定在波の在り方の説明を行う。図４に示すような終端処理部１０７を備えた導波管１０６をマイクロ波が伝送する場合、導波管１０６内には定在波５０２が形成される。導波管１０６は終端処理部１０７で閉じられているため、図５（ａ）に示すように、終端処理部１０７における振幅は０に固定される。マイクロ波供給手段１０５の供給側は、マイクロ波を供給する発振元であるため、振幅最大値を示す自由端となる。導波管１０６内に発生する定在波の波長は、マイクロ波供給手段１０５から終端処理部１０７までの導波管１０６内の伝送距離をｃとすると、定在波モードを示す自然数ｓを用いて、下記の数式１により簡易的に演算することができる。
【００３６】
【数１】
【００３７】
ここで導波管１０６内に存在する定在波は、マイクロ波供給手段１０５が供給する発振周波数が基になった波である。したがって、導波管１０６内に存在する定在波数は、導波管１０６内を伝送する波が呈する状態をとるのが自然な在り方であり、最も存在し易い状態となる。導波管１０６内を伝送する波の管内波長λｇは、マイクロ波供給手段１０５の波長をλ（λ＝（光速）／（発振周波数））、導波管１０６の遮断波長をλｃ（λｃ＝２×ａ：ａは導波管幅）、下記の数式２のように表される。
【００３８】
【数２】
【００３９】
マイクロ波供給手段１０５の発振周波数が２．４６［ＧＨｚ］、図４に示している導波管１０６の幅ａが例えば１００［ｍｍ］である場合、上記数式２に代入すると管内波長λｇ＝１５３．８６［ｍｍ］となる。したがって、数式１を用いて得られる定在波波長が数式２で得られるλｇに等しくなるように伝送距離ｃを設定すれば、安定した定在波を存在させることができるため、終端処理部１０７を用いたマイクロ波加熱装置を安定して動作させることが可能になる。
【００４０】
例えば、図５に示すような、加熱室１０３に対して１回屈曲する形態のＨコーナー１０９を備えた導波管１０６を用いて均一加熱を実現する場合は、まず発生させる定在波の配置を検討する。定在波は様々な状態に設定することが可能だが、一例として数式１における定在波モードを示す自然数ｓとしてｓ＝１３（定在波の波数１２と、マイクロ波供給手段１０５が呈する自由端を１として合計した数値）を設定する。ここで、定在波１２個の内訳としては、図５（ａ）に示している終端処理部１０７からＨコーナー１０９の間に存在するマイクロ波放射部１０８の数と同数の定在波３個、Ｈコーナー１０９内に定在波３個、図５（ｃ）に示しているＨコーナー１０９からマイクロ波供給手段１０５の間のマイ
クロ波放射部１０８に対応する定在波３個、図５（ｃ）に示す定在波からマイクロ波供給手段１０５までの間の定在波３個として設定している。この状態を実現するための伝送路長さｃは数式１を変形して得られる下記数式３により計算される。
【００４１】
【数３】
【００４２】
すなわち上記数式３において、ｓ＝１３およびλ≒λｇ＝１５３．８６［ｍｍ］を代入することで、Ｈコーナーを備えた導波管１０６の伝送路長さｃ≒９６１．６［ｍｍ］を得ることができる。ここで得られた長さの伝送路を設定し、導波管内のマイクロ波を固定端反射し定在波５０２を発生させるための反射構成を備えた終端処理部１０７を用いることで、マイクロ波放射部１０８の下に状態の揃った安定した定在波を存在させることが可能となる。
【００４３】
ここで、図５（ａ）、図５（ｃ）に示しているように、導波管内定在波腹位置５０１を加熱室中心線５０３と同位置に配置するようにすれば、マイクロ波放射部１０８の下に存在する状態の揃った安定した定在波を発生源としたマイクロ波を放射することができるため、加熱室中央に対し対称かつ均質なマイクロ波放射を行うことが可能となる。
【００４４】
以上のように、本実施の形態においては、Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管１０６の終端処理部１０７が、導波管１０６内のマイクロ波を固定端反射し定在波５０２を発生させるための反射構成を備え、定在波５０２の腹もしくは節が加熱室１０３のマイクロ波伝送方向における略中央に配置されることで、定在波５０２の状態を加熱室中心に対して対称とすることができ、マイクロ波放射部１０８から対称性を備えたマイクロ波放射を行うことが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【００４５】
なお、本実施の形態においては、定在波５０２の腹を加熱室中心線５０３と重ねる場合について説明を行ったが、定在波５０２の節を加熱室中心線５０３と重ねても対称性を得ることができることは明らかである。
【００４６】
（実施の形態２）
図６および図７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上面図および断面図である。図８は、本発明の実施の形態２におけるマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部の配置を説明するための模式図である。以下、その動作、作用を説明する。
【００４７】
図６、図７において実施の形態１と異なるのは、図１の終端処理部１０７が、導波管終端において伝送するマイクロ波を全て加熱室１０３へ入力するための終端処理部６０１として加熱室方向反射構成６０２と加熱室入力用開口６０３から構成されている点である。ここで終端処理部６０１を、導波管１０６終端に面取り構成を設けて導波管１０６を進行する波を反射させる加熱室方向反射構成６０２と、加熱室方向に反射したマイクロ波を加熱室１０３に入力するための加熱室入力用開口６０３として機能させることにより、この構成を容易に実現できる。
【００４８】
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。
【００４９】
マイクロ波供給手段１０５から供給され導波管１０６内を進行するマイクロ波は、終端処理部６０１を構成する加熱室方向反射構成６０２により加熱室１０３に向かうよう方向
を変えられ、加熱室入力用開口６０３を通して加熱室１０３へ導かれる。この状態でマイクロ波放射部１０８からの放射量を大きくとり、加熱室入力用開口６０３から入力されるマイクロ波よりもマイクロ波放射部１０８から放射されるマイクロ波総量を充分に大きくする（例えば９割以上）となるように設定することで、被加熱物１０２の加熱に用いるマイクロ波量を多く確保することができると同時に進行波８０１を支配的な状態とすることができる。
【００５０】
このように導波管１０６を伝送するマイクロ波を進行波状態とすると、図８において点線で示しているように進行波８０１はマイクロ波放射部１０８の下において様々な位相・振幅を示すため、マイクロ波放射部１０８から加熱室１０３へ放射され、被加熱物１０２を加熱するマイクロ波は、放射元となる進行波８０１の振幅変化に従い放射量を変化させつつ、複数の開口に分散されて放射されることとなる。これにより、被加熱物１０２の加熱を行う際に、一部のみに加熱が集中する状態の発生を防止し、加熱におけるムラを低減することができる。
【００５１】
ここで、導波管１０６内を伝送するマイクロ波が進行波として存在する場合、マイクロ波放射部１０８から放射されるマイクロ波は、マイクロ波放射部１０８が同一形状・同一面積の開口である場合、進行波の伝送量に対して一定の割合のマイクロ波が放射される特性を持つ。すなわち、マイクロ波放射部１０８が同一形状・同一面積の開口である場合、マイクロ波供給手段１０５からＨコーナー１０９を通過して終端処理部６０１へ至る間に、マイクロ波放射部１０８を通過する度にマイクロ波放射部１０８から放射されるマイクロ波放射量は少なくなってしまう。したがって、マイクロ波放射部１０８から放射されるマイクロ波放射量を均等化するためには、マイクロ波放射部１０８の開口面積を、マイクロ波供給手段１０５からの伝送距離が遠くなるに従って大きくすることにより、マイクロ波放射部１０８からの放射量を調節することが必要となる。
【００５２】
以上のように、本実施の形態においては、導波管１０６内を伝送するマイクロ波を、定在波の少ない進行波とした状態で、導波管１０６に設けたマイクロ波放射部１０８によりマイクロ波を加熱室１０３内に放射して被加熱物の加熱を行うことにより、放射量が変化するマイクロ波を複数箇所に分散させた開口から放射することが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。また、マイクロ波放射部１０８の開口面積を、マイクロ波供給手段１０５からの伝送距離が遠くなるに従って大きくすることにより、マイクロ波放射部１０８からのマイクロ波放射量を均等化するマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、マイクロ波を進行波が支配的な状態とする終端処理部６０１として、導波管１０６と同じ面に配置してコンパクトに構成できる構成として説明を行ったが、反射を抑える入力形状であれば何でもよく、この形状に限定されるものではない。例えば、より円滑に加熱室へマイクロ波を入力できるように、導波管１０６から加熱室１０３に向かって開口面積が拡がっていくホーン形状で、加熱室１０３の側面や上面から加熱室にマイクロ波を入力することで進行波状態を実現してもよいことは明らかである。
【００５４】
（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３における円偏波を放射する形状をもったマイクロ波放射部１０８の配置説明図である。図９において９０１は導波管１０６の管軸、９０２はマイクロ波伝送方向である。以下、その動作、作用を説明する。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３における基本的な動作は実施の形態１または実施の形態２と同様である。
【００５５】
本実施の形態においては、マイクロ波放射部１０８を図９に示すような円偏波を放射す
る形状としている。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り、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の方向が時間に応じて変化し続けるので、加熱室１０３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。これにより、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、被加熱物を均一にマイクロ波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。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。
【００５６】
前記の特長を利用し、マイクロ波放射部１０８を通して円偏波のマイクロ波を放射することで、加熱室１０３内の加熱分布をより均一化することができる。なお、方形の導波管１０６に設けたマイクロ波放射部１０８から円偏波を出力するためには、図９に示すように、幅を持ったスリット２本を中央で交差させ、マイクロ波伝送方向９０２に対し４５度傾けた形状を、導波管１０６のマイクロ波伝送方向の管軸９０１を通らない位置に配置する必要がある。
【００５７】
以上のように、本実施の形態においては、マイクロ波放射部１０８を、円偏波を放射する形状とすることで、マイクロ波放射部１０８から拡がりをもったマイクロ波が加熱室１０３内に放射され、被加熱物１０２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。
【００５８】
なお、本実施の形態において、円偏波を放射するマイクロ波放射部１０８の形状は図９で示した形状で説明したが、形状は図９に限定されるものではなく円偏波を放射する形状であれば何でもよい。
【００５９】
（実施の形態４）
図１０は、本発明の実施の形態４における円偏波を放射する形状をもったマイクロ波放射部１０８の配置説明図である。以下、その動作、作用を説明する。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４における基本的な動作は実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３と同様である。
【００６０】
本実施の形態においては、マイクロ波放射部１０８の開口形状を、図１０に示すように加熱室１０３中心に対し対称に複数個配置している。このように配置することで、被加熱物１０２へのマイクロ波放射を対称とすることができる上に、導波管１０６のマイクロ波伝送方向９０２の管軸９０１に対して垂直な方向（すなわち図１０における紙面の上下方向、図３の扉３０１から見た加熱室１０３の前後方向）にもマイクロ波放射をより拡げることができる。更にその開口形状を円偏波出力形状とすることで拡張効果を高めることができ、被加熱物１０２をより均一に加熱することができる。
【００６１】
以上のように、本実施の形態においては、マイクロ波放射部１０８を、加熱室１０３中心に対し対称に複数個配置することで、被加熱物１０２へのマイクロ波放射を対称とし、かつ、導波管１０６のマイクロ波伝送方向９０２の管軸９０１に対して垂直な方向にもマイクロ波放射をより拡げることができ、被加熱物１０２へのマイクロ波の放射を均一化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
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、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】
【００６３】
１０２ 被加熱物
１０３ 加熱室
１０４ 載置部
１０５ マイクロ波供給手段
１０６ 導波管
１０７ 終端処理部
１０８ マイクロ波放射部
１０９ Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）
３０１ 扉
５０１ 導波管内定在波腹位置
５０２ 定在波
５０３ 加熱室中心線
６０１ 終端処理部
６０２ 加熱室方向反射構成
６０３ 加熱室入力用開口
８０１ 進行波
９０１ 管軸
９０２ マイクロ波伝送方向
【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】
マイクロ波により被加熱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、マイクロ波供給手段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供給手段としては、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供給手段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、該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、マイクロ波加熱による被加熱物の不均一加熱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、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問題があった。
【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。電子レンジは、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、不均一加熱が未解決の中での高出力化は不均一加熱の問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問題としては、下記の２点のことが挙げられる。１点目は、不均一加熱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、電子レンジの小型化を阻害していたことである。
【００１２】
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、該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。
【００１３】
マイクロ波加熱装置におけるマイクロ波照射室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。
【００１４】
また、マイクロ波加熱による被加熱物の不均一加熱の低減と共に、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、マイクロ波加熱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。
【００１５】
本発明は前記課題を解決するものであり、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。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記従来の課題を解決するために、Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管に複数のマイクロ波放射部を設けることにより、加熱室底面の広い範囲にマイクロ波放射部を配置した状態で、加熱室内に載置された被加熱物のマイクロ波加熱を行うことが可能となる。この構成によれば、マイクロ波を複数箇所の広い範囲に分散させた開口から放射することとなり、回転機構を用いることなく被加熱物を均一にマイクロ波加熱することが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【００１７】
また、Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管の終端処理部が、導波管内のマイクロ波を固定端反射し定在波を発生させるための反射構成を備え、定在波の腹もしくは節が加熱室のマイクロ波伝送方向における略中央に配置されることで、定在波の状態を加熱室中心に対して対称とすることができ、マイクロ波放射部から対称性を備えたマイクロ波放射を行うことが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【００１８】
また、Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管の終端処理部が、導波管内を通るマイクロ波を前記加熱室に導くための加熱室入力部を備え、導波管内を伝送するマイクロ波を、定在波の少ない進行波とした状態で、導波管に設けたマイクロ波放射部によりマイクロ波を加熱室内に放射して被加熱物の加熱を行うことにより、放射量が変化するマイクロ波を複数箇所に分散させた開口から放射することが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【００１９】
また、マイクロ波放射部が前記Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管に設けた開口からなり、マイクロ波放射部の開口面積を、前記マイクロ波供給手段からの伝送距離が遠くなるに従って大きくすることにより、マイクロ波放射部からのマイクロ波放射量を均等化することが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【００２０】
また、マイクロ波放射部が円偏波を放射する形状とすることで、均一加熱範囲をより広くすることができる。
【００２１】
また、マイクロ波放射部を加熱室中心に対し略対称に複数個配置されているマイクロ波加熱装置とすることで、加熱室内にある被加熱物への放射量を対称とし均一にマイクロ波放射を行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管に複数のマイクロ波放射部を設けることにより、加熱室底面の広い範囲にマイクロ波放射部を配置した状態で、加熱室内に載置された被加熱物のマイクロ波加熱を行うことが可能となる。この構成によれば、マイクロ波を複数箇所の広い範囲に分散させた開口から放射することとなり、回転機構を用いることなく被加熱物を均一にマイクロ波加熱することが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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上面図
【図２】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斜視図
【図４】本発明の実施の形態１におけるＨコーナーを備えた導波管の斜視図
【図５】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波放射部配置を説明する説明図
【図６】本発明の実施の形態２におけるマイクロ波加熱装置の上面図
【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断面図
【図８】本発明の実施の形態２におけるマイクロ波放射部配置を説明するための模式図
【図９】本発明の実施の形態３におけるマイクロ波放射部配置を説明するための模式図
【図１０】本発明の実施の形態４におけるマイクロ波放射部配置を説明するための模式図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
第１の発明は、被加熱物を入れる加熱室と、前記被加熱物を載置する載置部と、前記加熱室にマイクロ波を供給するためのマイクロ波供給手段と、前記マイクロ波供給手段から供給されるマイクロ波を前記加熱室へ伝送するためのＨコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管と、前記導波管の終端処理部と、前記導波管内を通るマイクロ波を前記加熱室内の前記被加熱物へ放射するために前記マイクロ波供給手段と前記Ｈコーナーとの間および前記Ｈコーナーと前記終端処理部との間に複数のマイクロ波放射部を備えたマイクロ波加熱装置とすることにより、加熱室底面の広い範囲に複数のマイクロ波放射部を分散配置した状態でマイクロ波を放射することができ、回転機構を用いることなく被加熱物を均一にマイクロ波加熱することが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【００２５】
第２の発明は、特に、第１の発明において、前記終端処理部が、前記Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管内のマイクロ波を固定端反射し定在波を発生させるための反射構成を備え、前記定在波の腹もしくは節が前記加熱室のマイクロ波伝送方向における略中央に配置されるマイクロ波加熱装置とすることにより、定在波を加熱室中心に対し対称に配置することができ、マイクロ波放射部から対称性を備えたマイクロ波放射を行うことが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【００２６】
第３の発明は、特に、第１の発明において、前記終端処理部が、前記Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管の終端において前記導波管内を通るマイクロ波を前記加熱室に導くための加熱室入力部を備えているマイクロ波加熱装置とすることにより、導波管内を伝送するマイクロ波を、定在波の少ない進行波とした状態で、導波管に設けたマイクロ波放射部によりマイクロ波を加熱室内に放射して被加熱物の加熱を行うことにより、放射量が変化するマイクロ波を複数箇所に分散させた開口から放射することが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【００２７】
第４の発明は、特に、第３の発明において、前記マイクロ波放射部が前記Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管に設けた開口からなり、前記マイクロ波放射部の開口面積を、前記マイクロ波供給手段からの伝送距離が遠くなるに従って大きくすることにより、マイクロ波放射部からのマイクロ波放射量を均等化するマイクロ波加熱装置とすることにより、マイクロ波放射部からのマイクロ波放射量を均等化することが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【００２８】
第５の発明は、特に、第１〜４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構成であるマイクロ波加熱装置とすることにより、均一加熱範囲をより広くすることができる。
【００２９】
第６の発明は、特に、第１〜５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前記加熱室中心に対し略対称に配置されるマイクロ波加熱装置とすることにより、加熱室内にある被加熱物への放射量を対称とし均一にマイクロ波放射を行うことができる。
【００３０】
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。
【００３１】
（実施の形態１）
図１および図２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上面図および断面図である。図１、図２において、１０１は筐体、１０２は被加熱物、１０３は加熱室、１０４は載置部、１０５はマイクロ波供給手段、１０６は導波管、１０７は終端処理部、１０８はマイクロ波放射部、１０９はＨコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）である。なお、載置部１０４にはガラス板、マイクロ波供給手段１０５にはマグネトロン、導波管１０６にはＨコーナーを備えた方形導波管、終端処理部１０７にはマイクロ波を反射するための反射構成、マイクロ波放射部１０８には導波管１０６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。
【００３２】
図３は実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の斜視図である。図３において３０１は被加熱物１０２を加熱室１０３へ出し入れするための扉である。
【００３３】
図４はＨコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管１０６の概略斜視図、図５（ａ）は終端処理部１０７付近の導波管１０６の側面図、図５（ｂ）は導波管上面のマイクロ波放射部の概略図、図５（ｃ）はマイクロ波供給手段１０５とＨコーナー１０９の間にあるマイクロ波放射部１０８付近における導波管１０６の側面図である。ここでは、マイクロ波放射部１０８を導波管１０６上部に設けた開口とし、導波管１０６内に存在するマイクロ波を加熱室１０３へ放射する構成として説明を行う。
【００３４】
まず、マイクロ波加熱装置の概略動作の説明を行う。使用者により加熱室１０３内の載置部１０４上に被加熱物１０２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、マイクロ波供給手段１０５であるマグネトロンから導波管１０６内にマイクロ波を供給し、マイクロ波反射構成をなす終端処理部１０７で反射させることで図５（ｂ）に示すように加熱室１０３下の導波管１０６内にマイクロ波の定在波を形成する。ここでマイクロ波供給源として形成された定在波からマイクロ波放射部１０８により、加熱室１０３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１０２の加熱を行う。
【００３５】
次にマイクロ波加熱装置における定在波の在り方の説明を行う。図４に示すような終端処理部１０７を備えた導波管１０６をマイクロ波が伝送する場合、導波管１０６内には定在波５０２が形成される。導波管１０６は終端処理部１０７で閉じられているため、図５（ａ）に示すように、終端処理部１０７における振幅は０に固定される。マイクロ波供給手段１０５の供給側は、マイクロ波を供給する発振元であるため、振幅最大値を示す自由端となる。導波管１０６内に発生する定在波の波長は、マイクロ波供給手段１０５から終端処理部１０７までの導波管１０６内の伝送距離をｃとすると、定在波モードを示す自然数ｓを用いて、下記の数式１により簡易的に演算することができる。
【００３６】
【数１】
【００３７】
ここで導波管１０６内に存在する定在波は、マイクロ波供給手段１０５が供給する発振周波数が基になった波である。したがって、導波管１０６内に存在する定在波数は、導波管１０６内を伝送する波が呈する状態をとるのが自然な在り方であり、最も存在し易い状態となる。導波管１０６内を伝送する波の管内波長λｇは、マイクロ波供給手段１０５の波長をλ（λ＝（光速）／（発振周波数））、導波管１０６の遮断波長をλｃ（λｃ＝２×ａ：ａは導波管幅）、下記の数式２のように表される。
【００３８】
【数２】
【００３９】
マイクロ波供給手段１０５の発振周波数が２．４６［ＧＨｚ］、図４に示している導波管１０６の幅ａが例えば１００［ｍｍ］である場合、上記数式２に代入すると管内波長λｇ＝１５３．８６［ｍｍ］となる。したがって、数式１を用いて得られる定在波波長が数式２で得られるλｇに等しくなるように伝送距離ｃを設定すれば、安定した定在波を存在させることができるため、終端処理部１０７を用いたマイクロ波加熱装置を安定して動作させることが可能になる。
【００４０】
例えば、図５に示すような、加熱室１０３に対して１回屈曲する形態のＨコーナー１０９を備えた導波管１０６を用いて均一加熱を実現する場合は、まず発生させる定在波の配置を検討する。定在波は様々な状態に設定することが可能だが、一例として数式１における定在波モードを示す自然数ｓとしてｓ＝１３（定在波の波数１２と、マイクロ波供給手段１０５が呈する自由端を１として合計した数値）を設定する。ここで、定在波１２個の内訳としては、図５（ａ）に示している終端処理部１０７からＨコーナー１０９の間に存在するマイクロ波放射部１０８の数と同数の定在波３個、Ｈコーナー１０９内に定在波３個、図５（ｃ）に示しているＨコーナー１０９からマイクロ波供給手段１０５の間のマイ
クロ波放射部１０８に対応する定在波３個、図５（ｃ）に示す定在波からマイクロ波供給手段１０５までの間の定在波３個として設定している。この状態を実現するための伝送路長さｃは数式１を変形して得られる下記数式３により計算される。
【００４１】
【数３】
【００４２】
すなわち上記数式３において、ｓ＝１３およびλ≒λｇ＝１５３．８６［ｍｍ］を代入することで、Ｈコーナーを備えた導波管１０６の伝送路長さｃ≒９６１．６［ｍｍ］を得ることができる。ここで得られた長さの伝送路を設定し、導波管内のマイクロ波を固定端反射し定在波５０２を発生させるための反射構成を備えた終端処理部１０７を用いることで、マイクロ波放射部１０８の下に状態の揃った安定した定在波を存在させることが可能となる。
【００４３】
ここで、図５（ａ）、図５（ｃ）に示しているように、導波管内定在波腹位置５０１を加熱室中心線５０３と同位置に配置するようにすれば、マイクロ波放射部１０８の下に存在する状態の揃った安定した定在波を発生源としたマイクロ波を放射することができるため、加熱室中央に対し対称かつ均質なマイクロ波放射を行うことが可能となる。
【００４４】
以上のように、本実施の形態においては、Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管１０６の終端処理部１０７が、導波管１０６内のマイクロ波を固定端反射し定在波５０２を発生させるための反射構成を備え、定在波５０２の腹もしくは節が加熱室１０３のマイクロ波伝送方向における略中央に配置されることで、定在波５０２の状態を加熱室中心に対して対称とすることができ、マイクロ波放射部１０８から対称性を備えたマイクロ波放射を行うことが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【００４５】
なお、本実施の形態においては、定在波５０２の腹を加熱室中心線５０３と重ねる場合について説明を行ったが、定在波５０２の節を加熱室中心線５０３と重ねても対称性を得ることができることは明らかである。
【００４６】
（実施の形態２）
図６および図７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上面図および断面図である。図８は、本発明の実施の形態２におけるマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部の配置を説明するための模式図である。以下、その動作、作用を説明する。
【００４７】
図６、図７において実施の形態１と異なるのは、図１の終端処理部１０７が、導波管終端において伝送するマイクロ波を全て加熱室１０３へ入力するための終端処理部６０１として加熱室方向反射構成６０２と加熱室入力用開口６０３から構成されている点である。ここで終端処理部６０１を、導波管１０６終端に面取り構成を設けて導波管１０６を進行する波を反射させる加熱室方向反射構成６０２と、加熱室方向に反射したマイクロ波を加熱室１０３に入力するための加熱室入力用開口６０３として機能させることにより、この構成を容易に実現できる。
【００４８】
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。
【００４９】
マイクロ波供給手段１０５から供給され導波管１０６内を進行するマイクロ波は、終端処理部６０１を構成する加熱室方向反射構成６０２により加熱室１０３に向かうよう方向
を変えられ、加熱室入力用開口６０３を通して加熱室１０３へ導かれる。この状態でマイクロ波放射部１０８からの放射量を大きくとり、加熱室入力用開口６０３から入力されるマイクロ波よりもマイクロ波放射部１０８から放射されるマイクロ波総量を充分に大きくする（例えば９割以上）となるように設定することで、被加熱物１０２の加熱に用いるマイクロ波量を多く確保することができると同時に進行波８０１を支配的な状態とすることができる。
【００５０】
このように導波管１０６を伝送するマイクロ波を進行波状態とすると、図８において点線で示しているように進行波８０１はマイクロ波放射部１０８の下において様々な位相・振幅を示すため、マイクロ波放射部１０８から加熱室１０３へ放射され、被加熱物１０２を加熱するマイクロ波は、放射元となる進行波８０１の振幅変化に従い放射量を変化させつつ、複数の開口に分散されて放射されることとなる。これにより、被加熱物１０２の加熱を行う際に、一部のみに加熱が集中する状態の発生を防止し、加熱におけるムラを低減することができる。
【００５１】
ここで、導波管１０６内を伝送するマイクロ波が進行波として存在する場合、マイクロ波放射部１０８から放射されるマイクロ波は、マイクロ波放射部１０８が同一形状・同一面積の開口である場合、進行波の伝送量に対して一定の割合のマイクロ波が放射される特性を持つ。すなわち、マイクロ波放射部１０８が同一形状・同一面積の開口である場合、マイクロ波供給手段１０５からＨコーナー１０９を通過して終端処理部６０１へ至る間に、マイクロ波放射部１０８を通過する度にマイクロ波放射部１０８から放射されるマイクロ波放射量は少なくなってしまう。したがって、マイクロ波放射部１０８から放射されるマイクロ波放射量を均等化するためには、マイクロ波放射部１０８の開口面積を、マイクロ波供給手段１０５からの伝送距離が遠くなるに従って大きくすることにより、マイクロ波放射部１０８からの放射量を調節することが必要となる。
【００５２】
以上のように、本実施の形態においては、導波管１０６内を伝送するマイクロ波を、定在波の少ない進行波とした状態で、導波管１０６に設けたマイクロ波放射部１０８によりマイクロ波を加熱室１０３内に放射して被加熱物の加熱を行うことにより、放射量が変化するマイクロ波を複数箇所に分散させた開口から放射することが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。また、マイクロ波放射部１０８の開口面積を、マイクロ波供給手段１０５からの伝送距離が遠くなるに従って大きくすることにより、マイクロ波放射部１０８からのマイクロ波放射量を均等化するマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、マイクロ波を進行波が支配的な状態とする終端処理部６０１として、導波管１０６と同じ面に配置してコンパクトに構成できる構成として説明を行ったが、反射を抑える入力形状であれば何でもよく、この形状に限定されるものではない。例えば、より円滑に加熱室へマイクロ波を入力できるように、導波管１０６から加熱室１０３に向かって開口面積が拡がっていくホーン形状で、加熱室１０３の側面や上面から加熱室にマイクロ波を入力することで進行波状態を実現してもよいことは明らかである。
【００５４】
（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３における円偏波を放射する形状をもったマイクロ波放射部１０８の配置説明図である。図９において９０１は導波管１０６の管軸、９０２はマイクロ波伝送方向である。以下、その動作、作用を説明する。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３における基本的な動作は実施の形態１または実施の形態２と同様である。
【００５５】
本実施の形態においては、マイクロ波放射部１０８を図９に示すような円偏波を放射す
る形状としている。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り、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の方向が時間に応じて変化し続けるので、加熱室１０３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。これにより、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、被加熱物を均一にマイクロ波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。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。
【００５６】
前記の特長を利用し、マイクロ波放射部１０８を通して円偏波のマイクロ波を放射することで、加熱室１０３内の加熱分布をより均一化することができる。なお、方形の導波管１０６に設けたマイクロ波放射部１０８から円偏波を出力するためには、図９に示すように、幅を持ったスリット２本を中央で交差させ、マイクロ波伝送方向９０２に対し４５度傾けた形状を、導波管１０６のマイクロ波伝送方向の管軸９０１を通らない位置に配置する必要がある。
【００５７】
以上のように、本実施の形態においては、マイクロ波放射部１０８を、円偏波を放射する形状とすることで、マイクロ波放射部１０８から拡がりをもったマイクロ波が加熱室１０３内に放射され、被加熱物１０２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。
【００５８】
なお、本実施の形態において、円偏波を放射するマイクロ波放射部１０８の形状は図９で示した形状で説明したが、形状は図９に限定されるものではなく円偏波を放射する形状であれば何でもよい。
【００５９】
（実施の形態４）
図１０は、本発明の実施の形態４における円偏波を放射する形状をもったマイクロ波放射部１０８の配置説明図である。以下、その動作、作用を説明する。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４における基本的な動作は実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３と同様である。
【００６０】
本実施の形態においては、マイクロ波放射部１０８の開口形状を、図１０に示すように加熱室１０３中心に対し対称に複数個配置している。このように配置することで、被加熱物１０２へのマイクロ波放射を対称とすることができる上に、導波管１０６のマイクロ波伝送方向９０２の管軸９０１に対して垂直な方向（すなわち図１０における紙面の上下方向、図３の扉３０１から見た加熱室１０３の前後方向）にもマイクロ波放射をより拡げることができる。更にその開口形状を円偏波出力形状とすることで拡張効果を高めることができ、被加熱物１０２をより均一に加熱することができる。
【００６１】
以上のように、本実施の形態においては、マイクロ波放射部１０８を、加熱室１０３中心に対し対称に複数個配置することで、被加熱物１０２へのマイクロ波放射を対称とし、かつ、導波管１０６のマイクロ波伝送方向９０２の管軸９０１に対して垂直な方向にもマイクロ波放射をより拡げることができ、被加熱物１０２へのマイクロ波の放射を均一化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
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、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】
【００６３】
１０２ 被加熱物
１０３ 加熱室
１０４ 載置部
１０５ マイクロ波供給手段
１０６ 導波管
１０７ 終端処理部
１０８ マイクロ波放射部
１０９ Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）
３０１ 扉
５０１ 導波管内定在波腹位置
５０２ 定在波
５０３ 加熱室中心線
６０１ 終端処理部
６０２ 加熱室方向反射構成
６０３ 加熱室入力用開口
８０１ 進行波
９０１ 管軸
９０２ マイクロ波伝送方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を入れる加熱室と、
前記被加熱物を載置する載置部と、
前記加熱室にマイクロ波を供給するためのマイクロ波供給手段と、
前記マイクロ波供給手段から供給されるマイクロ波を前記加熱室へ伝送するためのＨコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管と、
前記導波管の終端処理部と、
前記導波管内を通るマイクロ波を前記加熱室内の前記被加熱物へ放射するために前記マイクロ波供給手段と前記Ｈコーナーとの間および前記Ｈコーナーと前記終端処理部との間に複数のマイクロ波放射部を備えていることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項２】
前記終端処理部が、前記Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管内のマイクロ波を固定端反射し定在波を発生させるための反射構成を備え、
前記定在波の腹もしくは節が前記加熱室のマイクロ波伝送方向における略中央に配置されることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項３】
前記終端処理部が、前記Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管の終端において前記導波管内を通るマイクロ波を前記加熱室に導くための加熱室入力部を備えていることを特徴とする請求項１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が前記Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管に設けた開口からなり、前記マイクロ波放射部の開口面積を、前記マイクロ波供給手段からの伝送距離が遠くなるに従って大きくすることにより、マイクロ波放射部からのマイクロ波放射量を均等化することを特徴とする請求項３記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項５】
前記マイクロ波放射部が円偏波を放射する構成であることを特徴とする請求項１〜４記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項６】
前記マイクロ波放射部が前記加熱室中心に対し略対称に配置されることを特徴とする請求項１〜５記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１】
被加熱物を入れる加熱室と、
前記被加熱物を載置する載置部と、
前記加熱室にマイクロ波を供給するためのマイクロ波供給手段と、
前記マイクロ波供給手段から供給されるマイクロ波を前記加熱室へ伝送するためのＨコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管と、
前記導波管の終端処理部と、
前記導波管内を通るマイクロ波を前記加熱室内の前記被加熱物へ放射するために前記マイクロ波供給手段と前記Ｈコーナーとの間および前記Ｈコーナーと前記終端処理部との間に複数のマイクロ波放射部を備えていることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項２】
前記終端処理部が、前記Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管内のマイクロ波を固定端反射し定在波を発生させるための反射構成を備え、
前記定在波の腹もしくは節が前記加熱室のマイクロ波伝送方向における略中央に配置されることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項３】
前記終端処理部が、前記Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管の終端において前記導波管内を通るマイクロ波を前記加熱室に導くための加熱室入力部を備えていることを特徴とする請求項１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が前記Ｈコーナー（磁界と平行方向の屈曲部）を備えた導波管に設けた開口からなり、前記マイクロ波放射部の開口面積を、前記マイクロ波供給手段からの伝送距離が遠くなるに従って大きくすることにより、マイクロ波放射部からのマイクロ波放射量を均等化することを特徴とする請求項３記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項５】
前記マイクロ波放射部が円偏波を放射する構成であることを特徴とする請求項１〜４記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項６】
前記マイクロ波放射部が前記加熱室中心に対し略対称に配置されることを特徴とする請求項１〜５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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−９８１０６（Ｐ２０１３−９８１０６Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１８９１（Ｐ２０１１−２４１８９１）
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【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５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]