JP2000164341A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱パターンの制御および加熱効率の向上を
容易に行なえるようにする。 【解決手段】 高周波エネルギーを発生するマグネトロ
ン１と、このマグネトロンを加熱室３に連結する導波管
２とを備え、加熱室と導波管の連結面１１において導波
管の先端部のＴＥ１０モードを考慮したとき磁界が最大
になる部分に矩形の高周波放射口１０を設けるととも
に、導波管内に突出した同軸結合しているマグネトロン
出力アンテナ１ａの対向面１ｂの周囲において、放射状
の表面電流１２を切る位置に、少なくとも１個の屈曲し
たく字状の高周波放射口１３、１４を配置して高周波エ
ネルギ−が放射するようにしたので、給電路における配
置条件の制約を大幅に解除することができた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、食品などを高周波
加熱する際に、加熱パターンの制御および加熱効率の向
上を容易にすることのできる高周波加熱装置の構成に関
するものであり、特に加熱室へ高周波エネルギ−を放射
する高周波放射口の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的な高周波加熱装置において
は、高周波エネルギーを発生するマグネトロンと加熱室
とを連結する導波管内に突出したマグネトロン出力アン
テナと導波管先端との間に、１個の高周波放射口を設け
ていたが、放射パターンが限定され、被加熱物の加熱ム
ラが発生し易かった。

【０００３】そこで、高周波加熱装置の放射パターンを
制御する手段の研究がなされ、例えば特公昭６４−８９
１６号公報および特開平０８−１２４６７０号公報など
の提案がなされてきた。

【０００４】特公昭６４−８９１６号公報には、高周波
発振器（マグネトロン）と加熱室とを連結する導波管内
に突出した高周波発振器の出力アンテナと導波管先端と
の間に、２個のスロット（高周波放射口）を設け、これ
らスロットおよびスロット間の仕切部の合計寸法を使用
波長（自由空間波長）の１／２〜５／４に調整するとい
うものが記載されている。また、特開平０８−１２４６
７０号公報には、導波管と加熱室との結合部に２個のス
ロットを設け、このスロットを、両者ともに導波管先端
から管内波長の１／４の位置を通り、かつ、導波管軸に
対してほぼ平行になるように形成したというものが記載
されており、これら２つの公報の内容はいずれも、導波
管内の基本伝送モードＴＥ１０の電磁界パターンを考慮
し、その磁界に直交する表面電流が導波管と加熱室との
結合部（連結面）に流れ、この電流を切るようにスロッ
トを設け、効率よく加熱室内に高周波を放射しようとす
るものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来例では、原理的に高周波放射口は真っ直ぐでその長
さを自由空間波長の約１／２より大きくしてあり、特公
昭６４−８９１６号公報のように、２個の高周波放射口
は導波管軸に対して水平にし、かつ互いに管内波長の１
／２の距離に設けるか、あるいは特開平０８−１２４６
７０号公報のように、各高周波放射口を導波管軸に対し
てほぼ平行にし、かつ導波管側面に沿った位置に互いに
対向して設ける必要があるため、複数の高周波放射口を
設けるには配置条件の制約が多く、加熱パターンの制御
は容易には行なえないという問題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の問題点
に鑑みてなされたものであり、高周波エネルギーを発生
するマグネトロンと、このマグネトロンを加熱室に連結
する導波管とを備えたものにおいて、加熱室と導波管と
が連結する連結面の一端側におけるマグネトロンの出力
アンテナと対向する部位の周囲に、少なくとも１個のく
字状の高周波放射口を開設し、他端におけるマグネトロ
ンが設けられていない側の連絡面に矩形の高周波放射口
を開設して高周波加熱装置を構成した。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明は、上述の構成とすること
により、加熱室と導波管の連結面において、導波管先端
部のＴＥ１０モードを考慮したとき磁界が最大になる部
分に、矩形の主高周波放射口を設けるとともに、導波管
内に突出した同軸結合しているマグネトロン出力アンテ
ナの対向面周囲における放射状の表面電流を切る位置
に、副高周波放射口として少なくとも１個のく字状スロ
ットを配置し、これらの高周波放射口から高周波エネル
ギ−を放射することにより、給電路における配置条件の
制約を大幅に解除した。

【０００８】

【実施例】本発明の一実施例を図１〜６により説明す
る。

【０００９】図１は本発明の一実施例を示す高周波加熱
装置の要部断面図であり、１は高周波エネルギーを発生
するマグネトロンで、１ａは導波管２内に突出して同軸
結合されたマグネトロン出力アンテナであり、導波管２
を加熱室３の側壁に連結してマグネトロン１の高周波エ
ネルギーを導波管２を介して加熱室３内に放射するよう
に構成されている。４はガラスコップなどの容器５に入
れた牛乳などの被加熱物であり、６はこの被加熱物４を
回転自在に載置するためのターンテーブルで、７はこの
ターンテーブル６を回転駆動する駆動テーブルである。
８はこの駆動テーブル７を駆動する駆動軸であり、９は
動力源の駆動モーターで、１０は加熱室３と導波管２の
連結面１１において導波管２の先端部のＴＥ１０モード
を考慮したとき磁界が最大になる部分に設けた主高周波
放射口である。

【００１０】図２は図１の矢印Ｑ方向から見た導波管２
と加熱室３との連結面１１に表れる表面電流の概念図で
あり、主高周波放射口１０上部のマグネトロン出力アン
テナ１ａの対向面１ｂを点線の円形で示してある。ここ
で、出力アンテナ１ａの周囲には同心円上に磁界が分布
しており、この磁界と直交して誘起される連結面１１に
おける表面電流は１２のように放射状に流れるものと推
測される。

【００１１】図３は、マグネトロン出力アンテナ１ａの
対向面１ｂの周囲における放射状の表面電流を切る位置
に、副高周波放射口として２個の屈曲したく字状スロッ
ト１３、１４を対向面１ｂに対して左右対称位置に設け
た構成図である。ここでは、主高周波放射口１０と２個
のく字状スロットから高周波エネルギーが加熱室３内に
さらに効率良く放射されるために、く字状スロット１４
の水平部の長さＬ１と垂直部の長さＬ２の合計寸法は自
由空間波長の約１／２としてある。

【００１２】図４は、図２で示した連結面１１に主高周
波放射口１０のみを設けた場合において、図１で示す連
結面１１近傍のＰＰ’面（ＸＹ面）における電界分布図
である。この電界分布は、下記計算条件でＦＤＴＤ（有
限差分時間領域）法により計算したものである。ただ
し、加熱パターンの相対的な傾向を調べる目的であるの
で細かい寸法関係は省略する。なお、定常状態まで計算
すると、加熱室内の定在波により放射口の放射パターン
が分かりにくくなるため、マグネトロンから正弦波状の
出力が２サイクルの時点で計算を止めた過渡状態を示し
ている。

【００１３】 図５は、図３に示した主高周波放射口１０に２個のく字
状スロット１３、１４を追加した場合において、図１で
示す連結面１１近傍のＰＰ’面（ＸＹ面）における電界
分布図である。Ｌ１とＬ２の寸法はともに３０mmで、合
計６０mmとした。マグネトロンの発振周波数を２，４６
０ＭHzとしているので、自由空間波長の１／２は６１mm
であり、Ｌ１とＬ２の合計寸法はほぼ１／２波長であ
る。図５は、図４の主高周波放射口１０による電界分布
に２個のく字状スロット１３、１４による２つの電界の
山が加わった電界分布になっている。

【００１４】図６は、図４および図５のように高周波が
放射されたときの定常状態での被加熱物４内の高さ方向
の電界強度の変化をグラフにより示した図であり、電界
強度比率は、被加熱物４の高さ方向を１８の層に分割
し、各層の平均電界強度を求めて、最下段層の平均電界
強度を１００とした場合の各層の比率を示したものであ
る。この図６および図１、図３において、Ａは主高周波
放射口１０のみから高周波が放射された場合の被加熱物
４内の高さ方向の電界強度分布で、Ｂは主高周波放射口
１０および２個のく字状スロット１３、１４から高周波
が放射された場合の被加熱物４内の高さ方向の電界強度
分布である。被加熱物４が牛乳のような液体の場合、実
際の加熱では対流があるので、上部の電界が下部より小
さいほど上下の加熱ムラが少なくなる。しかし、被加熱
物４が固体の場合には、上下の電界の差があっても熱伝
導によって加熱ムラが実用上差し支えない程度に解消さ
れるが、あまり上下の電界の差が大きすぎると、加熱ム
ラが解消しきれなくなる。図６に示す計算例では、被加
熱物４の上部における電界強度はＢおよびＡともに、下
部より小さく液体の場合の加熱に適する。被加熱物４の
上部における電界強度は、Ｂに対してＡは約１／２であ
る。温度上昇は電界の２乗に比例するので、被加熱物４
の上部ではＢに対してＡは約１／４の温度上昇しかない
ことになる。したがって、固体の場合にはＢの方がＡよ
りもはるかに加熱ムラが少なくなる。すなわち、Ａのよ
うに主高周波放射口１０のみの場合よりＢのように主高
周波放射口１０にく字状スロット１３、１４を追加した
方が加熱ムラが少なくなる。

【００１５】また、図６で表しているように、加熱効率
を向上させる上でもく字状スロット１３、１４を追加し
た方が有利である。さらに、く字状スロット１３、１４
は屈曲しているので、連結面１１の狭い場所にも配置で
き、実施が容易である。

【００１６】図７〜９は、図１のように主高周波放射口
１０が連結面１１の下部にある場合のく字状スロット１
３、１４の配置および形状を図３とは異なるようにした
他の実施例を示す構成図であり、く字状スロット１３、
１４の位置や形状は加熱室の大きさや加熱目的などによ
り任意に調整すべきことは言うまでもない。

【００１７】図１０はさらに他の実施例を示した要部断
面図であり、導波管の取り付け方向を図１と反対にし、
主高周波放射口１０を連結面の上部に設けたものであ
る。

【００１８】図１１は、く字状スロット１３、１４を図
１０の矢印Ｑ’から見て主高周波放射口１０の下部に配
置した構成図であり、この場合は、図１の場合と反対に
く字状スロット１３、１４は被加熱物４の下部を強くす
るために設けられている。

【００１９】なお、本発明は連結面１１を加熱室３の側
面に配置した場合に限定されるものではなく、加熱室３
の上部や下部に設けた場合も、加熱パターンの調整に役
立つことは言うまでもない。

【００２０】また、く字状スロットの個数は２個に限定
されるものではなく、連結面のスペースや加熱パターン
の調整の必要性の度合いによって選定する。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれは、
高周波エネルギーを発生するマグネトロンと、このマグ
ネトロンを加熱室に連結する導波管とを備え、加熱室と
導波管の連結面において導波管の先端部のＴＥ１０モー
ドを考慮したとき磁界が最大になる部分に主高周波放射
口を設けるとともに、導波管内に突出した同軸結合して
いるマグネトロン出力アンテナの対向面周囲に放射状の
表面電流を切る位置に副高周波放射口として１個以上の
屈曲したく字状スロットを配置して効率よく放射するこ
とにより、加熱パターンの制御、加熱効率の向上を容易
に実現できる。

【００２２】さらに、スロットの形状をく字状にしてい
るため、狭い連結面に配置するのに最適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す高周波加熱装置の要部
断面図である。

【図２】図１の矢印Ｑ方向から見た連結面１１に表れる
表面電流の概念図である。

【図３】図２で示した放射状の表面電流１２を切る位置
にく字状スロット１３、１４を設けた構成図である。

【図４】図２で示した連結面１１に主高周波放射口１０
のみを設けた場合において、図１で示す連結面１１近傍
のＰＰ’面（ＸＹ面）における電界分布図である。

【図５】図３で示した主高周波放射口１０に２個のく字
状スロット１３、１４を追加した場合において、図１で
示す連結面１１近傍のＰＰ’面（ＸＹ面）における電界
分布図である。

【図６】図４および図５のように高周波が放射されたと
きの定常状態での被加熱物４内の高さ方向の電界強度の
変化をグラフにより示した図である。

【図７】、

【図８】、

【図９】図１で示した場合におけるく字状スロット１
３、１４の配置および形状を図３とは異なるようにした
他の実施例を示す構成図である。

【図１０】本発明の他の実施例を示す高周波加熱装置の
要部断面図である。

【図１１】く字状スロット１３、１４を図１０の矢印
Ｑ’から見て主高周波放射口１０の下部に配置した構成
図である。

【符号の説明】

１ マグネトロン １ａ 出力アンテナ １ｂ 出力アンテナ対向面 ２ 導波管 ３ 加熱室 ４ 被加熱物 ５ 容器 ６ タ−ンテ−ブル ７ 駆動テ−ブル ８ 駆動軸 ９ 駆動モ−タ− １０ 主高周波放射口 １１ 連結面 １２ 表面電流 １３、１４ く字状スロット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波エネルギーを発生するマグネトロ
   ン（１）と、このマグネトロンを加熱室（３）に連結す
   る導波管（２）とを備えたものにおいて、前記加熱室と
   前記導波管とが連結する連結面（１１）の一端側におけ
   る前記マグネトロンの出力アンテナ（１ａ）と対向する
   部位（１ｂ）の周囲に、少なくとも１個のく字状の高周
   波放射口（１３、１４）を開設し、他端における前記マ
   グネトロンが設けられていない側の前記連結面に、矩形
   の高周波放射口（１０）を開設したことを特徴とする高
   周波加熱装置。