JP2003308962A

JP2003308962A - 高周波加熱装置

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Publication number: JP2003308962A
Application number: JP2002112996A
Authority: JP
Inventors: Tomotaka Nobue; 等隆信江
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2003-10-31
Anticipated expiration: 2022-04-16
Also published as: JP3925281B2

Abstract

(57)【要約】【課題】円偏波の供給構成とそれを授受する被加熱物
に円偏波加熱の実用的効果を与える加熱空間を備えた高
周波加熱装置を提供する。【解決手段】高周波発生手段を装着する導波管１０、
高周波発生手段が発生した高周波を２分配する分配手段
であるＥ面Ｔ分岐分配部１２、それぞれ２分配された高
周波を伝搬する導波管１３、１４、各導波管１３、１４
を直交させた領域に構成した加熱空間１５を備え、各導
波管１３、１４のＥ面Ｔ分岐分配部１２から加熱空間１
５に至る長さは導波管の伝搬波長の略１／４の長さの差
とし、ほぼ等量でかつ位相差９０度の高周波によって円
偏波を確実に発生させ高周波エネルギの利用効率を高め
るとともに加熱の均一化を促進する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円偏波を用いた高
周波加熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電波伝搬は、垂直偏波と円偏波とに大別
できる。垂直偏波は特定位置での電界強度が時間的に変
化するのに対し、円偏波は電界強度は時間的に変化せず
電界ベクトルの方向が変化する。

【０００３】従来の高周波加熱装置は、垂直偏波が用い
られ加熱空間に生じた定在波の影響を受けて被加熱物に
は加熱ムラが生じる。この加熱ムラの抑制対策として、
被加熱物を回転移動させたり、回転アンテナを用いて電
波の放射方向を時間的に変化させたりしている。

【０００４】一方、円偏波を利用する高周波加熱装置と
して、特開平１０−１３４９５５号公報、特開平１１−
３７７４号公報、特開２０００−４８９４６号公報など
の先行技術がある。特開平１０−１３４９５５号公報は
導波管内部に実効波長λｇに対してλｇ／４の長さの仕
切板を設けて直線偏波を円偏波に変換させるものが示さ
れており、変換した円偏波を被加熱物に供給すること
で、被加熱物自身が内部に有する電気双極子の方向に関
係なく被加熱物を均一に加熱することができることを謳
っている。

【０００５】また、特開平１１−３７７４号公報は、２
つの導波管のＨ面がそれぞれ直交するように接続した接
続部に加熱室を形成したものである。この公報の場合、
それぞれの導波管に個別に高周波発生手段を設けてい
る。

【０００６】また、特開２０００−４８９４６号公報
は、スパイラル形状の給電口や放射アンテナによって直
線偏波を円偏波に変換するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
円偏波を利用した高周波加熱技術およびその装置におい
て、特開平１０−１３４９５５号公報に開示されたもの
は、導波管内部で直線偏波を円偏波に変換する技術は公
知であり、特開２０００−４８９４６号公報をも併せ
て、閉じた空間である加熱室の構造に何らかの工夫を凝
らさなければ円偏波による加熱が実行できるとは言いが
たい。また特開平１１−３７７４号公報は、それぞれの
導波管に個別に高周波発生手段を備えた構成であり、高
周波発生手段の位相を制御するには高価で大型の構造が
必要であり、そのような構造を付帯しない場合、直交接
続部でのそれぞれの高周波を位相差９０度で結合させ円
偏波を発生させることに大変な困難さを有していた。

【０００８】また、従来の技術は、円偏波による加熱の
実態を直線偏波による加熱実態と比較してその差を明確
化させたものとは言いがたく、実用上の効果と特長が不
明確であった。

【０００９】本発明は上記課題を解決するもので、円偏
波の供給構成とそれを授受する被加熱物に円偏波加熱の
実用的効果を与えることができる加熱空間を備えた高周
波加熱装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の高周波加熱装置
は上記課題を解決するために、高周波発生手段が発生す
る高周波電力を２分配する分配手段と、分配したそれぞ
れの高周波を位相差略９０度で直交放射する放射手段と
を備えた構成としている。

【００１１】上記発明によれば、分配手段は高周波電力
を確実に２分配するとともに分配したそれぞれの高周波
の位相差を０度あるいは１８０度に規定することができ
る。そしてこの分配したそれぞれの高周波に対してそれ
ぞれの高周波が伝搬する経路の長さを規定することでそ
れぞれの放射位置において位相差略９０度を確実に形成
できる。これにより、ほぼ等量でかつ位相差９０度の高
周波による円偏波を確実に発生させることができる。そ
して、この円偏波を利用して高周波エネルギの利用効率
を高めるとともに加熱の均一化を促進することができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、高周波
発生手段が発生する高周波電力を２分配する分配手段
と、分配したそれぞれの高周波を位相差略９０度で直交
放射する放射手段とを備えたものであり、分配手段は高
周波電力を確実に２分配するとともに分配したそれぞれ
の高周波の位相差を０度あるいは１８０度に規定するこ
とができる。そしてこの分配したそれぞれの高周波に対
してそれぞれの高周波が伝搬する経路の長さを規定する
ことでそれぞれの放射位置において位相差略９０度を確
実に形成できる。これにより、ほぼ等量でかつ位相差９
０度の高周波による円偏波を確実に発生させることがで
きる。

【００１３】請求項２に記載の発明は、高周波によって
加熱される発熱手段を収納した加熱空間と、前記加熱空
間に直交して設けた第一および第二の放射手段と、高周
波発生手段と、前記高周波発生手段が発生する高周波電
力を２分配する分配手段と、分配したそれぞれの高周波
を位相差略９０度で前記第一および第二の放射手段に供
給する導波手段とを備えたものであり、分配手段は高周
波電力を確実に２分配するとともに分配したそれぞれの
高周波の位相差を０度あるいは１８０度に規定すること
ができる。そしてこの分配したそれぞれの高周波に対し
てそれぞれの高周波が伝搬する経路の長さを規定した導
波手段によって第一および第二の放射手段に供給する高
周波は位相差略９０度を確実に形成できる。そして第一
および第二の放射手段は直交させているので円偏波が確
実に発生する。

【００１４】また、加熱空間に収納した発熱手段は円偏
波にて伝搬する高周波を効率よく吸収するので加熱空間
を飛び交う高周波は極めて少なく、放射された高周波は
自由空間に放射されたごとくに確実に円偏波伝搬をす
る。これにより、発熱手段は発熱手段の全体が均一に加
熱されるとともに高周波エネルギを有効に吸収するの
で、発熱手段自体が熱応力の発生に伴う機械的な破損を
抑制された状態で短時間に数百℃の高温に加熱される。

【００１５】請求項３に記載の発明は、特に、請求項２
記載の発熱手段を多孔質に構成したものであり、これに
より発熱手段の熱容量を小さくして加熱に伴う温度上昇
速度をより速めることができる。

【００１６】請求項４に記載の発明は、特に、請求項２
記載の発熱手段に通風する送風手段を付加したものであ
り、これにより発熱手段の発生熱を適当な場所に送るこ
とができる。また、送風することにより、導波手段の構
造物を冷却でき構造自体のコンパクト化が図れるととも
に本装置をユニットとし他の装置への実装性を高めるこ
とができる。

【００１７】請求項５に記載の発明は、貯水手段を配し
た加熱空間と、前記加熱空間に直交して設けた第一およ
び第二の放射手段と、高周波発生手段と、前記高周波発
生手段が発生する高周波電力を２分配する分配手段と、
分配したそれぞれの高周波を位相差略９０度で前記第一
および第二の放射手段に供給する導波手段とを備えたも
のであり、分配手段と導波手段とによって第一および第
二の放射手段に供給する高周波は位相差略９０度を確実
に形成できる。そして第一および第二の放射手段は直交
させているので円偏波が確実に発生する。

【００１８】また、加熱空間に収納した貯水手段は円偏
波にて伝搬する高周波を効率よく吸収するので加熱空間
を飛び交う高周波は極めて少なく、放射された高周波は
自由空間に放射されたごとくに確実に円偏波伝搬をす
る。これにより、貯水手段の中の水は全体が均一に加熱
されるとともに高周波エネルギを有効に吸収するので、
短時間に昇温するとともにすばやく蒸気化させることも
できる。

【００１９】請求項６に記載の発明は、特に、請求項５
記載の貯水手段は高周波によって加熱される発熱手段で
構成したものであり、発熱手段は蓄熱手段として作用
し、高周波の断続供給に対しても水の連続的な蒸発を促
進できる。

【００２０】請求項７の発明は、特に、請求項２または
５記載の高周波発生手段は、ＩＳＭ帯のひとつである５
８００ＭＨｚ帯を用いたものであり、分配手段あるいは
導波手段をコンパクトに構成できるとともに、高い周波
数を使うことで加熱の均一化を促進するとともに少ない
高周波電力で所望の発熱あるいは加熱性能を達成するこ
とができる。

【００２１】請求項８に記載の発明は、被加熱物を収納
する加熱室と、前記加熱室の壁面に対して略４５度で設
けかつ互いが直交配置の第一および第二の放射手段と、
高周波を位相差略９０度で前記第一および第二の放射手
段に供給する導波手段とを備えたものであり、二つの放
射手段に位相差略９０度の高周波を供給することで生じ
た円偏波を加熱室内に確実に放射することができる。こ
れにより、被加熱物の加熱に寄与するエネルギ利用効率
を高めるとともに加熱室内の定在波発生を解消すること
で被加熱物の加熱の均一化を図ることができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。

【００２３】（実施例１）本発明の実施例１を図１〜図
４を用いて説明する。図１は本発明の実施例１を示す高
周波加熱装置の外観構成図、図２（ａ）、（ｂ）はそれ
ぞれ図１および従来の高周波加熱装置の比較構成図、図
３は図２の各高周波加熱装置の加熱分布の比較特性図、
図４は図２の各高周波加熱装置の加熱電力の比較特性図
である。

【００２４】図１および図２（ａ）において、１０は高
周波発生手段（図示していない）を装着する結合穴１１
を有する導波管、１２は高周波発生手段が発生した高周
波を２分配する分配手段であるＥ面Ｔ分岐分配部、１３
および１４はそれぞれ２分配された高周波を伝搬する導
波手段、１５は加熱空間である。加熱空間１５は各導波
手段１３、１４を直交させた領域に構成している。

【００２５】また、各導波手段１３、１４は加熱空間１
５を通してさらに延長させた領域１６、１７を有する。
この領域１６、１７の終端と加熱空間１５の中心との距
離は導波手段の伝搬波長の略１／４の長さとしている。
また各導波手段１３、１４のＥ面Ｔ分岐分配部１２から
加熱空間１５に至る長さは導波手段の伝搬波長の略１／
４の長さの差としている。

【００２６】これにより、高周波発生手段が発生した高
周波は、電力的には２分配され、位相的には略９０度の
位相差となって直交状態にて加熱空間１５に導かれる。

【００２７】一方、図２（ｂ）は従来の導波管構成を示
す。すなわち、高周波発生手段（図示していない）を装
着する導波管２０と、その導波管に接続した断面形状が
同一の導波手段２１とで構成している。導波手段２１の
終端２２から導波手段の伝搬波長の略１／４の長さの位
置を中心として加熱空間２３を設けている。

【００２８】また、導波手段１３、１４および２１の中
には高周波発生手段が発生する高周波を加熱空間１５お
よび２３に対して効率よく伝送させるための整合手段１
８、１９および２４を設けている。

【００２９】次に本発明の実施例１の加熱特性の実態を
図３および図４を用いて従来構成との比較の説明をす
る。図３は被加熱物としてアドヘア合成糊を用い加熱分
布特性を比較したものである。

【００３０】なお、図３は、左から右に向かって加熱時
間を長くした場合の加熱進行状態を示している。図３よ
り、ほぼ等量の電力でかつ位相差略９０度の高周波を直
交給電した場合（図３（ａ））、導波管の両端側から加
熱が始まり、その後中心部も加熱されて被加熱物のほぼ
全域が高周波によって加熱されることが認められる。一
方、従来構成の場合（図３（ｂ））、導波管の中心部が
加熱されるだけで、その熱の伝導が導波管の両端側に伝
わっている。この場合、加熱領域が中央だけであり、加
熱ムラは大変大きい。

【００３１】また、図４は、被加熱物として水を用いた
時の水温上昇値から加熱電力を算出した特性を示す。容
器はアクリル材を用いた。ほぼ等量の電力でかつ位相差
略９０度の高周波を直交給電した場合の特性を実線で示
し、従来構成の特性を破線で示す。直交給電の場合、従
来比の１３０％程度の加熱効率向上が認められた。

【００３２】以上のように導波管を直交させた構成と、
その直交領域を加熱空間としこの加熱空間にほぼ等量の
電力および位相差９０度の高周波を直交供給する構成に
より、円偏波を確実に発生させることができるとともに
加熱分布の均一化や加熱効率のアップを図ることができ
た。すなわち、高周波発生手段を一つとして、分配手段
および導波手段を配することで電力の２分配および加熱
空間への位相差略９０度の供給を確実に行うことができ
る。

【００３３】（実施例２）次に、本発明の実施例２につ
いて、図５を用いて説明する。図５において、高周波を
伝送する導波管３０は、伝送方向の途中から導波管３０
の高さ方向を略２等分する仕切板３１を設け、二つの導
波路３２、３３を形成している。導波路３２には被加熱
物である高周波によって加熱する発熱手段３４を配設し
ている。この発熱手段３４が当接あるいは対面する仕切
板３１の位置には開口部３５を設けている。仕切板３１
の始まり位置から発熱材料３４の壁面までの距離は、導
波路３２と導波路３３とで位相差９０度を形成するため
の構成を導波路３３に設けている。すなわち、延長導波
路３６により、導波路３３の実効距離を導波管を伝送す
る高周波の波長の略１／４の長さ分だけ延長させてい
る。

【００３４】また、各導波路３２、３３の終端は、発熱
材料の中心からの距離が導波管を伝送する高周波の波長
の略１／４の長さとし、導波路３２の終端には通風穴３
７を設けている。

【００３５】３８は高周波発生手段（図示していない）
の出力アンテナを挿入して高周波発生手段を導波管３０
に装着させる結合穴である。また導波管３０の結合穴３
８側の終端にも通風穴３９を配設している。

【００３６】以上の構成からなる実施例２の高周波加熱
装置によれば、高周波発生手段から発生した高周波は仕
切板３１によって導波路３２と導波路３３とに電力２等
分され、それぞれの導波路を伝送する。各導波路の長さ
の差を導波路内の伝搬波長の１／４の長さとすること
で、発熱手段３４に供給するそれぞれの高周波は位相差
略９０度となる。これにより、発熱材料３４は全体が均
一に加熱されるとともに高周波エネルギを有効に吸収す
るので、熱応力の発生に伴う発熱材料の機械的な破損が
抑制された状態で短時間に数百℃の高温に加熱すること
ができる。

【００３７】この装置において、発熱材料３４を多孔質
で構成し、送風手段（図示していない）を付加して通風
穴３９を流入側とし通風穴３７を排出側とすることで高
温の空気流を発生する装置に展開できる。この場合、多
孔質とすることで発熱材料の熱容量を小さくして加熱に
伴う温度上昇速度をよく速めることができる。

【００３８】なお、この場合の発熱材料としては、数百
℃の発熱が可能な材料として、ポーラスＳｉＣや無機材
料をベースとし蜂の巣状の穴を構成した基材に酸化スズ
とか金属酸化物を蒸着させたものを用いることができ
る。そして、このような高温発熱する発熱材料３４に対
して導波管内に空気を送風することで導波管の構成部材
を冷却することができ、構造自体のコンパクト化が図れ
るとともに本装置をユニットとし他の装置への実装性を
高めることができる。

【００３９】また、高周波発生手段は、ＩＳＭ帯（工業
・科学・医療用に利用が許可された周波数帯）のひとつ
である５８００ＭＨｚ帯を出力するもの用いれば、分配
手段あるいは導波手段をさらにコンパクトに構成できる
とともに、高い周波数を使うことで加熱の均一化を促進
でき、さらには少ない高周波電力で所望の発熱あるいは
加熱性能を達成することができる。

【００４０】（実施例３）次に、本発明の実施例３につ
いて図６を用いて説明する。実施例３が実施例２と相違
する点は、被加熱物を貯水手段４０としたことである。
高周波伝送に関する動作および作用は実施例２と同様で
あるので説明は省略する。

【００４１】図６において、貯水手段４０は、高周波を
透過させる材料で構成している。またこの貯水手段４０
に注水するための注水用穴４１を導波管壁面に付帯させ
ている。

【００４２】貯水手段４０内に注水された水は広範囲に
加熱が促進され短時間に昇温するとともにすばやく蒸気
化させることができる。

【００４３】実施例２と同様に導波路３２の終端に通風
穴３７を設けることで、蒸気を導波管外に噴出させるこ
とができる。

【００４４】また、貯水手段４０を高周波によって加熱
する発熱材料で構成することで、発熱手段を蓄熱手段と
して作用させ、高周波の断続供給の下でも水の連続的な
蒸発を促進させることができる。

【００４５】実施例３においても、高周波発生手段は、
ＩＳＭ帯のひとつである５８００ＭＨｚ帯を出力するこ
とで実施例２にて説明したことと同様の作用効果をえる
ことができる。

【００４６】（実施例４）次に、本発明の実施例４につ
いて図７を用いて説明する。実施例４は、実施例２や実
施例３で示した高周波加熱装置を熱風発生ユニットや蒸
気発生ユニットとして使用するものである。すなわち、
図７において、高周波加熱装置５０は、被加熱物を収納
する加熱室５１、被加熱物を載置する載置台５２、加熱
室５０内に供給する高周波を発生する高周波発生手段５
３、高周波発生手段５３が発生した高周波を伝送する導
波管５４、高周波を加熱室５０に放射する回転式のアン
テナ５５、アンテナ５５を回転駆動するモータ５６、お
よび熱風発生ユニット（あるいは蒸気発生ユニット）５
７を備えている。５８は熱風あるいは蒸気を加熱室５１
内に導くガイドである。

【００４７】このような構成により、被加熱物を高周波
発生手段５３が発生する高周波によって高周波加熱する
ことに加えて、高周波発生手段５９を動作させることに
よって生じる熱風による乾燥あるいはオーブン調理、さ
らには蒸気による調理などを実現させることができる。
このような装置において、高周波発生手段５３、５９を
駆動する電源部を共用化できるのでコンパクトな構成が
採れるとともに商用電源の容量限界内での自由な制御が
可能である。

【００４８】なお、高周波発生手段５３および５９は、
ＩＳＭ帯のひとつである５８００ＭＨｚを出力するもの
を用いることができる。

【００４９】（実施例５）次に、本発明の実施例５につ
いて図８を用いて説明する。実施例５は空間容積が被加
熱物の大きさに対して略１０倍以上の広さを有する閉空
間の加熱室に対して被加熱物を効果的に円偏波によって
加熱する実用構成を示すものである。

【００５０】図８において、被加熱物を収納する加熱室
６０の底壁面６１の略中央部に円偏波放射部６２を設け
ている。この円偏波放射部６２は、加熱室の底壁面６１
に対する相対位置角度が略４５度で、互いが直交配置の
第一および第二の放射手段６３、６４とで構成してい
る。

【００５１】また、それぞれの放射手段６３、６４に高
周波を供給する導波手段は、導波管６５の中に導波管高
さ方向の略中央部を仕切る仕切板６６を設け、二つの導
波路６７と導波路６８とを形成している。導波路６７
は、高周波発生手段６９から略直線上の伝送経路であ
り、導波路６８は、導波管６５の終端部で折返して放射
手段６４に至る伝送経路である。これら導波路６７、６
８は導波路の長さの差が導波管を伝搬する高周波の伝搬
波長の１／４の長さ分としている。そして、高周波発生
手段６９が発生する高周波を電力的には２等分し位相的
には略９０度の差として第一および第二の放射手段６
３、６４に供給している。これにより、円偏波を確実に
発生させることができる。７０は被加熱物を載置する載
置台である。被加熱物は円偏波放射部６２の上方に収納
する構成としたことにより、放射部６２から伝搬する円
偏波を被加熱物が効率的に吸収し、被加熱物の全体が効
率的に加熱されることになる。

【００５２】実施例５においても、高周波発生手段は、
ＩＳＭ帯のひとつである５８００ＭＨｚ帯を出力するこ
とで上述したことと同様の作用効果を得ることができ
る。

【００５３】なお、以上の説明において導波路の長さは
位相差略９０度を形成させるように構成するものであ
り、上述した伝搬波長の１／４の長さの差に限らずたと
えば、伝搬波長の３／４、５／４などの長さの差であっ
ても構わない。この場合、円偏波での回転方向が右旋回
か左旋回かに変化するだけで加熱性能は同様である。

【００５４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、高周波発
生手段が発生する高周波電力を２分配する分配手段と、
分配したそれぞれの高周波を位相差略９０度で直交放射
する放射手段とを備えた構成とすることにより、ほぼ等
量でかつ位相差９０度の高周波によって円偏波を確実に
発生させることができる。そして、被加熱物の高周波加
熱においてこの円偏波を利用することで、高周波エネル
ギの利用効率を高めるとともに加熱の均一化を促進する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の高周波加熱装置の外観構成
図

【図２】（ａ）同高周波加熱装置の平面構成図（ｂ）従来の高周波加熱装置の平面構成図

【図３】図２（ａ）、（ｂ）に示す高周波加熱装置の加
熱分布の比較特性図

【図４】図２（ａ）、（ｂ）に示す高周波加熱装置の加
熱電力の比較特性図

【図５】本発明の実施例２の高周波加熱装置の断面構成
図

【図６】本発明の実施例３の高周波加熱装置の断面構成
図

【図７】本発明の実施例４の高周波加熱装置の断面構成
図

【図８】本発明の実施例５の高周波加熱装置の断面構成
図

【符号の説明】

１２Ｅ面Ｔ分岐部（分配手段）１３、１４、３２、３３、６７、６８導波手段１５加熱空間３１、６６仕切板（分配手段）３４発熱手段（多孔質の発熱手段）３７、３９通風穴４０貯水手段（発熱手段で構成）５１、６０加熱室５３、５９、６９高周波発生手段（５８００ＭＨｚ
帯）６１加熱室の底壁面６３、６４第一および第二の放射手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波発生手段が発生する高周波電力を
２分配する分配手段と、分配したそれぞれの高周波を位
相差略９０度で略直交放射する放射手段とを備えた高周
波加熱装置。
【請求項２】高周波によって加熱される発熱手段を収
納した加熱空間と、前記加熱空間に直交して設けた第一
および第二の放射手段と、高周波発生手段と、前記高周
波発生手段が発生する高周波電力を２分配する分配手段
と、分配したそれぞれの高周波を位相差略９０度で前記
第一および第二の放射手段に供給する導波手段とを備え
た高周波加熱装置。
【請求項３】発熱手段は多孔質に構成した請求項２記
載の高周波加熱装置。
【請求項４】発熱手段に通風する送風手段を付加した
請求項２記載の高周波加熱装置。
【請求項５】貯水手段を配した加熱空間と、前記加熱
空間に直交して設けた第一および第二の放射手段と、高
周波発生手段と、前記高周波発生手段が発生する高周波
電力を２分配する分配手段と、分配したそれぞれの高周
波を位相差略９０度で前記第一および第二の放射手段に
供給する導波手段とを備えた高周波加熱装置。
【請求項６】貯水手段は高周波によって加熱される発
熱手段で構成した請求項５記載の高周波加熱装置。
【請求項７】高周波発生手段は、ＩＳＭ帯のひとつで
ある５８００ＭＨｚ帯を用いた請求項２または５記載の
高周波加熱装置。
【請求項８】被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱
室の壁面に対して略４５度で設けかつ互いが直交配置の
第一および第二の放射手段と、高周波を位相差略９０度
で前記第一および第二の放射手段に供給する導波手段と
を備えた高周波加熱装置。