JP2007227282A - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】食品が軽量負荷の場合にダイレクトにマイクロ波を当てて、加熱効率の高いマイクロ波加熱装置を提供する
【解決手段】最大の出力を設定された時は、結合部１８の鉛直上とは異なる特定位置（載置台１３の中央）に配置された軽量負荷に対してマグネトロン９側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるように回転アンテナ１６の向きを制御する構成としている。これによって、結合部１８と結合孔１７のあいだから引き出したマイクロ波を、食品１２にダイレクトに当てることとインピーダンスの整合と両立することができるので、加熱効率を上げることができて、加熱のスピードアップをはかることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加熱物をマイクロ波で加熱する加熱装置に関するものである。

代表的なマイクロ波加熱装置である電子レンジは、代表的な被加熱物である食品をマイクロ波で直接的に加熱できるので加熱スピードが速く短時間であたためられるので、食生活に欠かせない機器になっている。

また家庭用の電子レンジの一般的な加熱出力は高周波出力と呼ばれ５００Ｗや６００Ｗのものが多いが、近年では、より速く加熱するために７００Ｗや１０００Ｗにまで高出力化したものがある。加熱出力が１０００Ｗともなると入力が１４００Ｗ以上となり、一般的な家庭用の商用電源（１００Ｖ１５Ａ系では１５００Ｗが最大）に対して余裕が無いため、これ以上入力を上げて高出力化することは難しい。ただし、入力電力が同じでも加熱効率を上げれば出力を上げることが可能であり、さらなる加熱のスピードアップがはかれる。また加熱効率を上げれば、同じ出力の場合に入力を引き下げることができて省エネルギーとなる。最近では加熱効率改善により、加熱のスピードアップに加えて、消費電力をどれだけ抑えられるかという省エネルギーの視点も重要になっている。加熱効率をあげるための方法としては、マイクロ波発生手段側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させることが考えられる。電子レンジの場合、代表的なマイクロ波発生手段としてマグネトロンを用いており、マグネトロン側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスが整合すれば、負荷側にマイクロ波を効率的に伝送できるのに対し、整合状態からずれると負荷側にマイクロ波を伝送しにくくなり、伝送されないマイクロ波がマグネトロン側に反射してマグネトロンの熱損失として使われてしまう。よって整合状態が良いと加熱室内に効率的に伝送されたマイクロ波によって食品を加熱する加熱効率が高くなり、整合状態が悪いと加熱効率が低くなる。そしてマグネトロン側のインピーダンスがほとんど変化しないのに対して、負荷側のインピーダンスは、食品の状態（分量、材質、位置など）と、回転アンテナやスターラなどマイクロ波を攪拌する手段の向き等によっても大きく変化する。この負荷側のインピーダンスを調整するために、あえて導波管内で整合素子と呼ばれる部品の位置を制御するものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、加熱効率には言及していないが、食品の加熱分布を調整するために、食品の下方に配置された回転アンテナの向きを所定の向きに制御することで加熱分布を変更するものがある（例えば、特許文献２参照）。

以上のことから、回転アンテナの向きによって負荷側のインピーダンスが大きく変化することを利用し、逆に回転アンテナの向きを制御して負荷側のインピーダンスを調整することも容易に考えられる。
特開平６−２１５８７１号公報 特開２００３−１７２３９号公報

しかしながら、従来の特許文献１のように導波管内で整合素子の位置を制御する場合は、まず、導波管から加熱室内に伝送されるマイクロ波の量を制御するものであり、加熱分布を変えるものではない。よって加熱分布の均一化のためには、回転アンテナやスターラなどのマイクロ波を攪拌する手段か、食品を回転させるターンテーブルが別途必要になる。

また導波管内で整合素子が移動するので、整合素子の可動部と導波管壁面との間に強い電界が発生する可能性があり、特許文献１に記載されているようにスパークを防ぐためにわざわざマグネトロン出力を低出力に抑えるなどの制御が必要な場合がある。この場合はせっかく加熱効率をあげたとしても低出力のために加熱スピードが遅くなり、あたための時間短縮がはかれない。

また、図７〜９のように、従来の特許文献２のように食品の下方に配置された回転アンテナ１の向きを制御する場合、加熱室２底面の中央で導波管３との境界面に結合孔４を設け、回転アンテナ１は、結合孔４を貫通する結合部５と、結合部５の上方に一体化された放射部６とを備えている。この構成により、結合部５と結合孔４のあいだから引き出したマイクロ波を結合孔４側から放射部６の下面にそって外向きに放射しており、結合部５を中心に回転アンテナ１を回転駆動することで回転方向に均一化しようとするものである。

よって結合部５が加熱室２の底面の中央にあったとしても結合部５の鉛直上に向かってマイクロ波が放射されるのではなく、結合部５と放射部６の接続位置から放射部６の形状にそって水平方向に曲げられてから放射されることになる。よって図８のように、結合部５の鉛直上に大量負荷の食品７を配置した場合、食品７の底面中央ではなくそれよりも外側の部位に矢線ａ、ｂのようにマイクロ波が当たることになる。マイクロ波が食品７のどの部分にダイレクトに当たるかは、放射部６の形状はもちろんのこと食品の大きさによっても変わり、特に食品が軽量負荷の場合は食品の形状が小さいために、図９の矢線ｃ、ｄのように、食品８にダイレクトにはマイクロ波が当たらない場合が出てくる。

マイクロ波がダイレクトに食品８に当たっておれば、食品８がマイクロ波を効率的に吸収するので加熱効率が高くなる。しかし、マイクロ波がダイレクトに食品８に当たらない場合は、図９の矢線ｃ、ｄのようにマイクロ波は加熱室２壁面で何度も反射してから食品８に吸収されるので、壁面での損失が大きくなり、加熱効率が低下する。よってこのような従来の構成では、回転アンテナ１の向きを制御して負荷側のインピーダンスを調整したとしても、食品が軽量負荷の場合には壁面での損失が大きくなり、思いのほか加熱効率が上がらず加熱のスピードアップにつながらない。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、食品が軽量負荷の場合にダイレクトにマイクロ波を当てて、加熱効率の高いマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。

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、マイクロ波発生手段と、マイクロ波を伝送する導波管と、前記導波管の上部に接続された加熱室と、被加熱物を載置するため前記加熱室内に配置された載置台と、前記加熱室内の前記載置台より上方に形成される被加熱物収納空間と、前記加熱室内の前記載置台より下方に形成されるアンテナ空間と、前記導波管内のマイクロ波を前記加熱室内に放射するために、前記導波管と前記アンテナ空間にわたる回転アンテナを有し、前記回転アンテナは、前記導波管と前記加熱室底面との境界面に設けられた結合孔を貫通する結合部と、前記結合部の上方に一体化された放射部とを備え、前記結合部を中心に前記回転アンテナを回転駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御して前記回転アンテナの向きを制御する制御手段と、使用者が加熱出力の大きさを設定できる設定手段とを有し、前記制御手段は、前記設定手段によって最大の出力を設定された時は、前記結合部の鉛直上とは異なる特定位置に配置された軽量負荷に対して前記マイクロ波発生手段側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるように前記回転アンテナの向きを制御する構成としている。

これによって、被加熱物が軽量負荷であり結合部の鉛直上とは異なる特定位置に配置さ
れた場合、被加熱物は結合部の鉛直上には無いので、放射部の形状を適切に選択、設計し、かつ回転アンテナの向きを限定することにより、結合部と結合孔のあいだから引き出したマイクロ波を、結合部や、結合部と放射部の接続部に邪魔されること無く、被加熱物にダイレクトに当てることが可能となる。さらに、この回転アンテナの向きでマイクロ波発生手段側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるので、マイクロ波を被加熱物にダイレクトにあてることとインピーダンスの整合とを両立することができるので、加熱効率を上げることができて、加熱のスピードアップをはかることができる。特に、使用者が設定手段によって最大の出力を設定する時は、大きな出力で速く加熱したいと思って設定する場合が多いので、このときに実際に加熱がスピードアップされて時間短縮することで使用者の満足感が大きくなる。また、もともと大量負荷よりも軽量負荷の加熱時間は短い傾向があるので、短い時間がさらに短くなることで、より時間短縮の効果を実感できる。また、大量負荷よりも軽量負荷のほうがサイズが小さいので、同じマイクロ波分布にさらされたとしても食品内部での加熱ムラが起こりにくく、かつ食品内の熱伝導によって平均化されやすいから、回転アンテナの回転を控えたとしても加熱ムラが気になりにくい。以上により、簡単な構成で、最大出力で軽量負荷のときに、加熱ムラを気にならないレベルに抑えながら、極めて加熱効率の高いマイクロ波加熱装置を提供することができる。

本発明のマイクロ波加熱装置によれば、被加熱物が軽量負荷であり結合部の鉛直上とは異なる特定位置に配置された場合、被加熱物は結合部の鉛直上には無いので、放射部の形状を適切に選択、設計し、かつ回転アンテナの向きを限定することにより、結合部と結合孔のあいだから引き出したマイクロ波を、結合部や、結合部と放射部の接続部に邪魔されること無く、被加熱物にダイレクトに当てることが可能となる。さらに、この回転アンテナの向きでマイクロ波発生手段側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるので、マイクロ波を被加熱物にダイレクトにあてることとインピーダンスの整合とを両立することができるので、加熱効率を上げることができて、加熱のスピードアップをはかることができる。

第１の発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波発生手段と、マイクロ波を伝送する導波管と、前記導波管の上部に接続された加熱室と、被加熱物を載置するため前記加熱室内に配置された載置台と、前記加熱室内の前記載置台より上方に形成される被加熱物収納空間と、前記加熱室内の前記載置台より下方に形成されるアンテナ空間と、前記導波管内のマイクロ波を前記加熱室内に放射するために、前記導波管と前記アンテナ空間にわたる回転アンテナを有し、前記回転アンテナは、前記導波管と前記加熱室底面との境界面に設けられた結合孔を貫通する結合部と、前記結合部の上方に一体化された放射部とを備え、前記結合部を中心に前記回転アンテナを回転駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御して前記回転アンテナの向きを制御する制御手段と、使用者が加熱出力の大きさを設定できる設定手段とを有し、前記制御手段は、前記設定手段によって最大の出力を設定された時は、前記結合部の鉛直上とは異なる特定位置に配置された軽量負荷に対して前記マイクロ波発生手段側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるように前記回転アンテナの向きを制御する構成としている。

これによって、被加熱物が軽量負荷であり結合部の鉛直上とは異なる特定位置に配置された場合、被加熱物は結合部の鉛直上には無いので、放射部の形状を適切に選択、設計し、かつ回転アンテナの向きを限定することにより、結合部と結合孔のあいだから引き出したマイクロ波を、結合部や、結合部と放射部の接続部に邪魔されること無く、被加熱物にダイレクトに当てることが可能となる。さらに、この回転アンテナの向きでマイクロ波発生手段側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるので、マイクロ波を被
加熱物にダイレクトにあてることとインピーダンスの整合とを両立することができるので、加熱効率を上げることができて、加熱のスピードアップをはかることができる。特に、使用者が設定手段によって最大の出力を設定する時は、大きな出力で速く加熱したいと思って設定する場合が多いので、このときに実際に加熱がスピードアップされて時間短縮することで使用者の満足感が大きくなる。また、もともと大量負荷よりも軽量負荷の加熱時間は短い傾向があるので、短い時間がさらに短くなることで、より時間短縮の効果を実感できる。また、大量負荷よりも軽量負荷のほうがサイズが小さいので、同じマイクロ波分布にさらされたとしても食品内部での加熱ムラが起こりにくく、かつ食品内の熱伝導によって平均化されやすいから、回転アンテナの回転を控えたとしても加熱ムラが気になりにくい。以上により、簡単な構成で、最大出力で軽量負荷のときに、加熱ムラを気にならないレベルに抑えながら、極めて加熱効率の高いマイクロ波加熱装置を提供することができる。

第２の発明のマイクロ波加熱装置は、特に第１の発明において、特定位置は、少なくとも載置台の中央または被加熱物収納空間の底面中央のいずれか一方に構成している。

これによって、使用者が軽量負荷を置く場合に、無意識に真中に置こうとするが、その真中というのが載置台の中央か、または載置台が被加熱物収納空間の底面と比べて大きさが異なるような場合には被加熱物収納空間の底面中央となる可能性が極めて高いので、この位置を特定位置とすることで、容易にマイクロ波を軽量負荷の被加熱物にダイレクトにあてることできる。

第３の発明のマイクロ波加熱装置は、特に第１の発明において、特定位置は、あらかじめ載置台上に目印で示された位置に構成している。

これによって、使用者が軽量負荷を置く場合に、載置台上に目印があれば無意識に目印に置こうとする可能性が極めて高いので、この位置を特定位置とすることで、容易にマイクロ波を軽量負荷の被加熱物にダイレクトにあてることができる。

第４の発明のマイクロ波加熱装置は、特に第１の発明において、制御手段は、回転アンテナのマイクロ波の放射指向性が強い部位を特定位置に向けて停止するように制御する構成としている。

これによって、回転アンテナが停止しているあいだは回転アンテナから特定位置に向けてマイクロ波を強く放射することができ、特定位置に配置された軽量負荷の被加熱物にマイクロ波をダイレクトにあてて効率的に加熱することができる。

第５の発明のマイクロ波加熱装置は、特に第１の発明において、制御手段は、回転アンテナのマイクロ波の放射指向性が強い部位が特定位置を向く近傍で往復運動するように制御する構成としている。

これによって、回転アンテナが往復運動しているあいだは、概ね回転アンテナから特定位置に向けてマイクロ波を強く放射することができ、特定位置に配置された軽量負荷の被加熱物にマイクロ波をダイレクトにあてて効率的に加熱することができる。

第６の発明のマイクロ波加熱装置は、特に第１の発明において、制御手段は、回転アンテナのマイクロ波の放射指向性が強い部位が特定位置を向く近傍では回転速度が遅くなるように制御する構成としている。

これによって、一定回転に比べて回転アンテナが特定位置を向いている時間の割合を増
やすことができるので、回転アンテナから特定位置に向けてマイクロ波を強く放射する時間の割合を増やすことができ、特定位置に配置された軽量負荷の被加熱物にマイクロ波をダイレクトにあてて効率的に加熱する時間の割合を増やすことができる。

第７の発明のマイクロ波加熱装置は、特に第１の発明において、制御手段は、加熱開始後の所定時間までは、特定位置に配置された軽量負荷に対してマイクロ波発生手段側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるように回転アンテナの向きを制御する構成としている。

これによって、加熱開始後の所定時間までは、特定位置に配置された軽量負荷の被加熱物にマイクロ波をダイレクトにあてて効率的に加熱することができる。

第８の発明のマイクロ波加熱装置は、特に第１の発明において、被加熱物の温度を検出する温度検出手段を有し、制御手段は、被加熱物が所定の温度に到達するまでは、特定位置に配置された軽量負荷に対してマイクロ波発生手段側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるように回転アンテナの向きを制御する構成としている。

これによって、被加熱物が所定の温度に到達するまでは、特定位置に配置された軽量負荷の被加熱物にマイクロ波をダイレクトにあてて効率的に加熱することができる。

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、この実施形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１、図２は本発明に係る代表的なマイクロ波加熱装置である電子レンジの構成図で、図１は上から見た断面図、図２は正面から見た断面図である。

代表的なマイクロ波発生手段であるマグネトロン９と、マイクロ波を伝送する導波管１０と、導波管１０の上部に接続された加熱室１１と、代表的な被加熱物である食品１２を載置するため加熱室１１内に配置された載置台１３と、加熱室１１内が載置台１３により上下に分割され、上方側に形成される被加熱物収納空間１４と、下方側に形成されるアンテナ空間１５と、導波管１０内のマイクロ波を加熱室１１内に放射するために、導波管１０とアンテナ空間１５にわたる回転アンテナ１６を有し、回転アンテナ１６は、導波管１０と加熱室１１の底面に設けられた結合孔１７を貫通する結合部１８と、結合部１８の上方に一体化された放射部１９とを備え、結合部１８を中心に回転アンテナ１６を回転駆動する代表的な駆動手段であるモータ２０と、モータ２０を制御して回転アンテナ１６の向きを制御する制御手段２１と、使用者が加熱出力の大きさを設定できる設定手段２２とを有している。

回転アンテナ１６の結合部１８と放射部１９はいずれも金属からなり、放射部１９は結合部１８をはさんで対向する二辺を折り曲げた曲げ部２３、２４と、他の一辺を折り曲げた曲げ部２５を有し、曲げ部２３、２４、２５により加熱室１１の底面との間の隙間が狭くなるので、曲げ部２３、２４、２５方向にはマイクロ波が伝播しにくくなり、曲げ部２３、２４、２５の無い開放部２６の方向に主としてマイクロ波を伝送させることになる。

これはあたかも放射部１９上面と加熱室１１底面とがＨ面を成し、曲げ部２３、２４の鉛直方向の面がＥ面を成し、曲げ部２５の鉛直方向の面が終端を成す導波管のように振舞うと考えられる。よってマイクロ波は開放部２６から放射される。本実施の形態では、図１からも明らかなように、結合部１８を加熱室１１の中央より右にずれた位置に配置しており、さらに回転アンテナ１６の開放部２６を左向きに停止させることで、開放部２６か
ら放射されたマイクロ波を、ちょうど載置台１３の中央（結合部１８の鉛直上とは異なる特定位置）に向かわせることができる。

この状態において、食品１２としてたとえばカップ一杯の牛乳２００ｇのような軽量負荷を載置台１３の中央に配置した場合、図２の矢線ｅの向きで、マイクロ波をダイレクトに当てることができる。

また、軽量負荷を載置台１３の中央に配置して、図１の向きで回転アンテナ１６を停止した場合に、マグネトロン９側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させる構成としている。電子レンジで加熱される食品は大部分が３００ｇ以下の軽量負荷であり、たとえばカップ一杯の牛乳２００ｇでインピーダンスを整合させておけば、大部分の食品を効率的に加熱することができる。ちなみに現在の電子レンジは水２ｋｇをあたためる時の温度上昇から高周波出力を決定することになっており、水２ｋｇに整合するように設計されている。よって現在の電子レンジは軽量負荷に整合できずに効率が悪くなりがちなのである。つまり本実施の形態のほうが、実際に良く使用される軽量負荷での効率が良く加熱スピードをアップさせる効果がある。

また、制御手段２１は、使用者が設定手段２２によって設定でき得る最大の出力を設定した時に、回転アンテナ１６の向きを図１の向きに制御して停止させるようにしている。たとえば出力が３００Ｗ、５００Ｗ、１０００Ｗの中から選択可能な場合は、１０００Ｗを設定したときである。使用者が最大出力を設定するということは、低出力でじっくり出来栄え良く加熱するというよりも、速く短時間で加熱したいという使用者の意図があるので、使用者のニーズにマッチした速い加熱ができる。一方、使用者が３００Ｗを設定されたときは、スピードよりも出来栄えを良くしたいという意図がわかるので、回転アンテナ１６を停止させずに、全体が均一になるように制御することが望ましい。ここで回転アンテナ１６の回転や所定の向きでの停止のためには、図示しないがモータ２０と勘合したカムやカムによって回転途中で押されるスイッチを構成することにより、たとえばスイッチを押した瞬間が所定の向きに対応するのでそこで停止させるなどの方法がある。もちろんモータとしてステッピングモータを利用することも一般的である。

また、制御手段２１は、加熱開始後の所定時間までは、回転アンテナ１６を停止させるように制御する構成としている。たとえば出力１０００Ｗなら２分間という具合である。これは牛乳を冷蔵庫から出してカップに２００ｃｃ注いで電子レンジであたためるとき、１０００Ｗで２分も加熱すると十分熱くなる。軽量負荷をあたためる場合は加熱時間が短くて済むということと、ずっと回転アンテナ１６を停止したままでは、大量負荷の場合に加熱ムラが発生してしまう危険性があるので、途中（軽量負荷が終わる程度の時間）からは大量負荷向けに回転させて均一化させたいということである。

もちろん加熱時間も使用者が設定する場合があるので、設定時間に応じて回転アンテナ１６の向きを制御することも考えられる。

さらに回転アンテナ１６を停止させるという表現を使っているが、最初だけ回転しているとか途中で一瞬だけ動くというようなものでも、加熱中の大部分で停止しておればある程度本発明の目的が達せられるので、そのような構成も本発明に含まれるものと判断する。

以上、本実施の形態により、食品１２が軽量負荷であり結合部１８の鉛直上とは異なる特定位置（載置台１３の中央）に配置された場合、食品１２は結合部１８の鉛直上には無いので、図１のように放射部１９の形状を適切に選択、設計し、かつ回転アンテナ１６の向きを限定することにより、結合部１８と結合孔１７のあいだから引き出したマイクロ波
を、結合部１８や、結合部１８と放射部１９の接続部分に邪魔されること無く、食品１２にダイレクトに当てることが可能となる。さらに、この回転アンテナ１６の向きでマグネトロン９側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるので、マイクロ波を食品１２にダイレクトにあてることとインピーダンスの整合とを両立することができるので、加熱効率を上げることができて、加熱のスピードアップをはかることができる。

特に、使用者が設定手段２２によって最大の出力を設定する時は、大きな出力で速く加熱したいと思って設定する場合が多いので、このときに実際に加熱がスピードアップされて時間短縮することで使用者の満足感が大きくなる。また、もともと大量負荷よりも軽量負荷の加熱時間は短い傾向があるので、短い時間がさらに短くなることで、より時間短縮の効果を実感できる。また、大量負荷よりも軽量負荷のほうがサイズが小さいので、同じマイクロ波分布にさらされたとしても食品内部での加熱ムラが起こりにくく、かつ食品内の熱伝導によって平均化されやすいから、回転アンテナ１６の回転を控えたとしても加熱ムラが気になりにくい。

以上により、簡単な構成で、最大出力で軽量負荷のときに、加熱ムラを気にならないレベルに抑えながら、極めて加熱効率の高いマイクロ波加熱装置を提供することができる。

また、特定位置を載置台１３の中央に構成したことよって、使用者が軽量負荷を置く場合に、無意識に真中に置こうとするので、この位置を特定位置とすることで、容易にマイクロ波を軽量負荷の食品１２にダイレクトにあてることできる。

また、制御手段２１は、回転アンテナ１６のマイクロ波の放射指向性が強い部位（開放部２６）を特定位置（載置台１３の中央）に向けて停止するように制御する構成としている。これによって、回転アンテナ１６が停止しているあいだは回転アンテナ１６から特定位置（載置台１３の中央）に向けてマイクロ波を強く放射することができ、特定位置（載置台１３の中央）に配置された軽量負荷の食品１２にマイクロ波をダイレクトにあてて効率的に加熱することができる。

また、制御手段２１は、加熱開始後の所定時間（たとえば２分）までは、特定位置（載置台１３の中央）に配置された軽量負荷（たとえば牛乳２００ｇ）に対してマグネトロン９側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるように回転アンテナの向きを制御する構成としている。これによって、加熱開始後の所定時間（たとえば２分）までは、特定位置（載置台１３の中央）に配置された軽量負荷の被加熱物（たとえば牛乳２００ｇ）にマイクロ波をダイレクトにあてて効率的に加熱することができる。

（実施の形態２）
図３、図４は電子レンジの構成図で、図３は上から見た断面図、図４は右から見た断面図である。

実施の形態１と異なるところを中心に説明する。加熱室２７の下方が絞られて小さくなっているため、載置台２８が加熱室２７の前寄りに配置されている。このため載置台２８の中央と被加熱物収納空間２９の底面中央とが一致していない構成である。しかしこの場合は載置台２８上で被加熱物収納空間２９の底面中央に一致する位置に目印として円３０が描かれており、使用者は円３０の中央に食品を置くことになる。また回転アンテナ３１は、放射部３２が平板状で抜き穴３３を有する構成であり、主として抜き穴３３の方向にマイクロ波を伝送させることになる。本実施の形態では、図３からも明らかなように、結合部３４を被加熱物収納空間２９の中央より前にずれた位置に配置しており、回転アンテナ３１の抜き穴３３を後向きにすることで、抜き穴３３から放射されたマイクロ波を、ちょうど被加熱物収納空間２９の底面中央（結合部３４の鉛直上とは異なる特定位置）に向
かわせることができる。

この状態において、食品１２としてたとえば茶碗一杯のごはん１５０ｇのような軽量負荷を載置台２８の中央に配置した場合、図４の矢線ｆの向きで、マイクロ波をダイレクトに当てることができる。

また、軽量負荷を被加熱物収納空間２９の底面中央に配置して、抜き穴３３が後向きの場合に、マグネトロン９側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させる構成としている。

また、制御手段２１は、使用者が設定手段２２によって設定でき得る最大の出力を設定した時に、回転アンテナ３１の向きを抜き穴３３が後向きを中心として狭い角度で往復運動させるようにしている。回転アンテナ３１を完全に停止させたときと比べると若干往復運動することで、高い加熱効率を維持しながらも加熱の均一化が期待できる。

また、食品の温度を検出する温度検出手段３５を有し、制御手段３６は、食品が所定の温度に到達するまでは、回転アンテナ３１の向きを抜き穴３３が後向きを中心として狭い角度で往復運動させる構成としている。たとえば食品の最高温度が７０℃になるまでという具合である。最高温度が７０℃になっていれば加熱の大部分は完了していると考えられるが、万が一最低温度が低すぎてできばえに不満が残るような場合も想定されるので、以降の時間は回転アンテナ３１の向きを変えることで仕上げとして均一化をはかることが考えられる。

あるいは、食品の複数箇所の温度を検出して温度ムラを判定し、たとえば最低温度と最高温度の差が閾値を超えたら回転アンテナ３１の向きを変えて温度ムラを低減できる条件で加熱することが考えられる。この場合は、温度ムラが起こらなければ速く加熱できるし、温度ムラが起こればそれを補うように加熱分布を変更して均一加熱できるという効果がある。

以上、本実施の形態により、食品が軽量負荷であり結合部３４の鉛直上とは異なる特定位置（被加熱物収納空間２９の底面中央）に配置された場合、食品は結合部３４の鉛直上には無いので、図３のように放射部３２の形状を適切に選択、設計し、かつ回転アンテナ３１の向きを限定することにより、結合部３４と結合孔１７のあいだから引き出したマイクロ波を、結合部３４や、結合部３４と放射部３２の接続部分に邪魔されること無く、食品にダイレクトに当てることが可能となる。

さらに、この回転アンテナ３１の向きでマグネトロン９側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるので、マイクロ波を食品にダイレクトにあてることとインピーダンスの整合とを両立することができるので、加熱効率を上げることができて、加熱のスピードアップをはかることができる。

また、特定位置を被加熱物収納空間２９の底面中央に構成している。これによって、使用者が軽量負荷を置く場合に、無意識に真中に置こうとするが、その真中というのが、本実施の形態のように載置台２８が被加熱物収納空間２９の底面と比べて大きさが異なるような場合には被加熱物収納空間２９の底面中央となる可能性があるので、この位置を特定位置とすることで、容易にマイクロ波を軽量負荷の被加熱物にダイレクトにあてることできる。

また、制御手段２１は、回転アンテナ３１のマイクロ波の放射指向性が強い部位（抜き穴３３）が特定位置（被加熱物収納空間２９の底面中央）を向く近傍で往復運動するよう
に制御する構成としている。これによって、回転アンテナ３１が往復運動しているあいだは、概ね回転アンテナ３１から特定位置（被加熱物収納空間２９の底面中央）に向けてマイクロ波を強く放射することができ、特定位置（被加熱物収納空間２９の底面中央）に配置された軽量負荷の食品（たとえばごはん１５０ｇ）にマイクロ波をダイレクトにあてて効率的に加熱することができる。

また、食品の温度を検出する温度検出手段３５を有し、制御手段２１は、食品が所定の温度に到達するまでは、特定位置（被加熱物収納空間２９の底面中央）に配置された軽量負荷の食品（たとえばごはん１５０ｇ）に対してマグネトロン９側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるように回転アンテナ３１の向きを制御する構成としている。これによって、食品が所定の温度に到達するまでは、特定位置（被加熱物収納空間２９の底面中央）に配置された軽量負荷の食品（たとえばごはん１５０ｇ）にマイクロ波をダイレクトにあてて効率的に加熱することができる。

（実施の形態３）
図５、図６は電子レンジの構成図で、図５は上から見た断面図、図６は右から見た断面図である。

実施の形態１、実施の形態２と異なるところを中心に説明する。回転アンテナ３７の結合部３８の鉛直方向が、載置台３９の中央や被加熱物収納空間４０の底面中央と一致する構成である。その代わりに軽量負荷を配置する特定位置が載置台３９の中央よりも後ろ側にあり、目印としての楕円４１が描かれている。また回転アンテナ３７の放射部４２は平板に切り込み４３を有し、この切込み４３を図５のように後向きにすると、図６の矢線ｇのように、ちょうど楕円４１上に配置された軽量負荷の食品１２の底部に向けてマイクロ波が放射される位置関係となっている。

また、軽量負荷を楕円４１に配置して、図５の向きで回転アンテナ３７を停止した場合に、マグネトロン９側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させる構成としている。

また、制御手段２１は、使用者が設定手段２２によって設定でき得る最大の出力を設定した時に、回転アンテナ１６の回転速度を可変するものとし図５の向きの近傍では回転速度が遅くなるように制御する構成としている。回転アンテナ３７を完全に停止させたときと比べると他の向きも生じさせることで、高い加熱効率を維持しながらも加熱の均一化が期待できる。

以上、本実施の形態により、食品が軽量負荷であり結合部３８の鉛直上とは異なる特定位置（楕円４１）に配置された場合、食品は結合部３８の鉛直上には無いので、図５のように放射部４２の形状を適切に選択、設計し、かつ回転アンテナ３７の向きを限定することにより、結合部３８と結合孔１７のあいだから引き出したマイクロ波を、結合部３８や、結合部３８と放射部４２の接続部分に邪魔されること無く、食品にダイレクトに当てることが可能となる。さらに、この回転アンテナ３７の向きでマグネトロン９側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるので、マイクロ波を食品にダイレクトにあてることとインピーダンスの整合とを両立することができるので、加熱効率を上げることができて、加熱のスピードアップをはかることができる。

また、特定位置は、あらかじめ載置台上に目印で示された位置（楕円４１）に構成している。これによって、使用者が軽量負荷を置く場合に、載置台上に目印があれば無意識に目印に置こうとする可能性が極めて高いので、この位置を特定位置とすることで、容易にマイクロ波を軽量負荷の被加熱物にダイレクトにあてることができる。

また、制御手段は、回転アンテナのマイクロ波の放射指向性が強い部位（切り込み４３）が特定位置（楕円４１）を向く近傍では回転速度が遅くなるように制御する構成としている。これによって、一定回転に比べて回転アンテナが特定位置（楕円４１）を向いている時間の割合を増やすことができるので、回転アンテナ３７から特定位置（楕円４１）に向けてマイクロ波を強く放射する時間の割合を増やすことができ、特定位置（楕円４１）に配置された軽量負荷の食品にマイクロ波をダイレクトにあてて効率的に加熱する時間の割合を増やすことができる。

以上、三つの実施の形態について説明したが、回転アンテナの形状は、実施の形態に示した構成に限定するわけではない。互いに組み合わせることも可能である。考え方として、結合部の鉛直方向と一般に負荷を置く特定位置とが異なるもので、設定できる最大出力時に回転アンテナが他の出力設定時とは異なる動作を行い、軽量負荷（たとえばカップ一杯の牛乳２００ｇ）を結合部上に置いて加熱した時よりも、特定位置に置いて加熱したときのほうがダイレクトにマイクロ波が当たる位置関係となることによって加熱スピードが速くなるものであれば良い。

以上のように本発明によれば、回転アンテナからのマイクロ波を利用して特定位置に配置される軽量負荷に整合させて効率的に加熱することができるので、マイクロ波を使用する調理器具としての電子レンジ、オーブンレンジ、各種誘電体の加熱、解凍装置であるとか、マイクロ波を使用する半導体装置、乾燥装置などの工業分野での加熱装置、陶芸加熱、焼結あるいは生体化学反応等の用途に適用できる。

本発明の実施の形態１のマイクロ波加熱装置を上から見た断面構成図 同マイクロ波加熱装置を前から見た断面構成図 本発明の実施の形態２のマイクロ波加熱装置を上から見た断面構成図 同マイクロ波加熱装置を右から見た断面構成図 本発明の実施の形態３のマイクロ波加熱装置を上から見た断面構成図 同マイクロ波加熱装置を右から見た断面構成図 従来のマイクロ波加熱装置を上から見た断面構成図 同マイクロ波加熱装置を右から見た断面構成図 同マイクロ波加熱装置を右から見た断面構成図

符号の説明

９ マグネトロン（マイクロ波発生手段）
１０ 導波管
１１、２７ 加熱室
１２ 食品（被加熱物）
１３、２８、３９ 載置台
１４、２９、４０ 被加熱物収納空間
１５ アンテナ空間
１６、３１、３７ 回転アンテナ
１７ 結合孔
１８、３４、３８ 結合部
１９、３２、４２ 放射部
２０ モータ（駆動手段）
２１、３６ 制御手段
２２ 設定手段
３０ 円（目印）
３５ 温度検出手段
４１ 楕円（目印）

Claims (8)

1. マイクロ波発生手段と、マイクロ波を伝送する導波管と、前記導波管の上部に接続された加熱室と、被加熱物を載置するため前記加熱室内に配置された載置台と、前記加熱室内の前記載置台より上方に形成される被加熱物収納空間と、前記加熱室内の前記載置台より下方に形成されるアンテナ空間と、前記導波管内のマイクロ波を前記加熱室内に放射するために、前記導波管と前記アンテナ空間にわたる回転アンテナを有し、前記回転アンテナは、前記導波管と前記加熱室底面との境界面に設けられた結合孔を貫通する結合部と、前記結合部の上方に一体化された放射部とを備え、前記結合部を中心に前記回転アンテナを回転駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御して前記回転アンテナの向きを制御する制御手段と、使用者が加熱出力の大きさを設定できる設定手段とを有し、前記制御手段は、前記設定手段によって最大の出力を設定された時は、前記結合部の鉛直上とは異なる特定位置に配置された軽量負荷に対して前記マイクロ波発生手段側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるように前記回転アンテナの向きを制御する構成としたマイクロ波加熱装置。
2. 特定位置は、少なくとも載置台の中央または被加熱物収納空間の底面中央のいずれか一方とした請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
3. 特定位置は、あらかじめ載置台上に目印で示された位置とした請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
4. 制御手段は、回転アンテナのマイクロ波の放射指向性が強い部位を特定位置に向けて停止するように制御する構成とした請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
5. 制御手段は、回転アンテナのマイクロ波の放射指向性が強い部位が特定位置を向く近傍で往復運動するように制御する構成とした請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
6. 制御手段は、回転アンテナのマイクロ波の放射指向性が強い部位が特定位置を向く近傍では回転速度が遅くなるように制御する構成とした請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
7. 制御手段は、加熱開始後の所定時間までは、特定位置に配置された軽量負荷に対してマイクロ波発生手段側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるように回転アンテナの向きを制御する構成とした請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
8. 被加熱物の温度を検出する温度検出手段を有し、制御手段は、被加熱物が所定の温度に到達するまでは、特定位置に配置された軽量負荷に対してマイクロ波発生手段側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるように回転アンテナの向きを制御する構成とした請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
   
   
   

Images