JP2014150018A - マイクロ波加熱装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】テーブル、アンテナ、位相器の駆動部を用いない簡易的な構造で、広範囲に置かれた被加熱物または、加熱室の中央に置かれた被加熱物などの任意の場所に置かれた被加熱物に対して、局所的にマイクロ波集中させることを可能とし、効率よく加熱するマイクロ波加熱装置を提供する。
【解決手段】マイクロ波放射部102を伝送方向204に複数有し、導波手段201は、複数のマイクロ波放射部の直下において、電界方向の長さ301が異なる構成としている。この構成とすることで、マイクロ波放射部102直下の電界強度を変化させ、各マイクロ波放射部から加熱室103へ放射されるマイクロ波量を変化させることが可能となり、簡易な構成で局所的なマイクロ波集中が生じる電磁界分布を実現し、加熱室103内の任意の場所に置かれた被加熱物に対して、高効率なマイクロ波加熱を実現できる。
【選択図】図3
【解決手段】マイクロ波放射部102を伝送方向204に複数有し、導波手段201は、複数のマイクロ波放射部の直下において、電界方向の長さ301が異なる構成としている。この構成とすることで、マイクロ波放射部102直下の電界強度を変化させ、各マイクロ波放射部から加熱室103へ放射されるマイクロ波量を変化させることが可能となり、簡易な構成で局所的なマイクロ波集中が生じる電磁界分布を実現し、加熱室103内の任意の場所に置かれた被加熱物に対して、高効率なマイクロ波加熱を実現できる。
【選択図】図3
Description
本発明は、被加熱物にマイクロ波を放射して誘電加熱する電子レンジ等のマイクロ波加熱装置に関し、特に導波手段および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。
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、マグネトロンなどの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誘電加熱される。
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。
被加熱物に対するマイクロ波分布を変化させる手段としては、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成や、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成、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成が一般的であった。
また、同様の構成で局所的なマイクロ波集中が生じる電磁界分布を実現し、加熱室内の任意の場所に置かれた被加熱物に対して、高効率なマイクロ波加熱を実現する方法もあった。
一方、構成を簡単にするために駆動部を持たずに被加熱物に対するマイクロ波分布を変化させる方法として、時間的に電界の偏波面が回転する円偏波を利用する方法が提案されている。本来、誘電加熱は誘電損失を有する被加熱物をマイクロ波の電界によって加熱する原理に基づくため、電界が回転することは均一化に効果があるものと考えられる。
例えば、具体的な円偏波の発生方法としては、特許文献1には図18のように導波管1上で交差するX字型の円偏波開口2を用いる方式が示され、特許文献2には図19のように導波管1上で直交する向きの二つの長孔の開口1901を対向させつつも離して配置する方法が示され、特許文献3には図20のように導波管1に結合させたパッチアンテナ2001の平面形状に切り欠き2002を設ける方法が記載されている。
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。
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。
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。
提案されている。
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ることが多いが、これまで提案されていた構成では下記の問題があった。
なお、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、日本国内では定格高周波出力1000Wが商品化されており、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するため、加熱ムラが未解決の中での高出力化は加熱ムラの問題をより顕在化させることになる。
また、マイクロ波加熱装置、特に電子レンジは、広範囲に置かれた被加熱物を均一に加熱する性能が求められることが多い。
さらに、形状や種類の異なる被加熱物を複数品同時に加熱する性能が求められることもある。この場合はマイクロ波を複数品に均一に放射するのではなく、形状が大きい、誘電率が低くマイクロ波を吸収しにくい、高い仕上がり温度が必要などの条件を有している被加熱物に多くのマイクロ波を放射する必要がある。よって、局所的なマイクロ波集中が生じるマイクロ波分布を実現する必要がある。
さらに、中央に置かれた被加熱物に対する高い加熱効率が求められることもある。例えば、IEC(International Electrotechnical Commission)標準規格では、マイクロ波加熱の加熱効率を表す指標として、加熱室の中央に置かれた水負荷に対する加熱性能を用いている。
次に、前記従来の駆動部を有する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3点が挙げられる。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。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また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。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冷却用の風路を確保する必要となり、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てしまうことである。
さらに、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、マイクロ波による放電現象を引起こし、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。
次に、前記従来の円偏波を利用したマイクロ波加熱装置は、特許文献1〜3のいずれの場合においても、駆動部を無しにできるほどの均一効果はないという問題があった。いずれの特許文献も、円偏波と駆動部の相乗効果で従来の駆動部のみよりも均一になるということを記載しているに過ぎない。
具体的には、特許文献1では図18のように導波管1の終端に位相シフター1801と呼ばれる回転体を有し、特許文献2では被加熱物を回転させるターンテーブル(図示せず)を有し、特許文献3ではターンテーブル2003に加えてパッチアンテナ2001をも回転させて攪拌機として利用する構成を記載している。いずれも円偏波を用いれば駆動部無しにできるとは記載されていないのである。これは、もし円偏波で駆動部を無しにすると、一般的な駆動部を有した構成(例えば、テーブルを回転させるとかアンテナを回転させるなどの構成)に比べて均一性が劣るためである。
本発明は前記課題を解決するものであり、駆動部を用いない簡易的な構造で、広範囲に置かれた被加熱物に対して均一な加熱分布を実現することや、加熱室の中央に置かれた被加熱物に対して高い加熱性能を実現することなどの、局所的なマイクロ波集中を実現するマイクロ波加熱装置の提供を目的とする。
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、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、加熱室内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射部を伝送方向に複数有し、導波手段は、複数のマイクロ波放射部の直下において、電界方向の長さが異なる構成としている。
上記構成における、複数のマイクロ波放射部の直下において、導波手段の電界方向の長さが異なる構成とすることで、マイクロ波放射部直下の電界強度を変化させ、各マイクロ波放射部から加熱室へ放射されるマイクロ波量を変化させることが可能となり、簡易な構成で局所的なマイクロ波集中が生じる電磁界分布を実現し、加熱室内の任意の場所に置かれた被加熱物に対して、高効率なマイクロ波加熱を実現できる。
上記構成により、導波手段の伝送方向に構成した複数のマイクロ波放射部から加熱室内にマイクロ波を放射するので、加熱室の複数の位置から被加熱物にマイクロ波を放射することが可能となり、単一のマイクロ波放射部による加熱と比較して、加熱室に置かれた被加熱物に対して広範囲に渡って、効率良くマイクロ波加熱をすることが可能となる。
特に、広範囲に置かれた被加熱物に対して、均一加熱を行なう際には、上記の構成が有効である。
なお、効率良くマイクロ波加熱をすることが可能となる理由は、単一のマイクロ波放射部を有した構成で広範囲に置かれた被加熱物を加熱する場合は、マイクロ波放射部との距離が近いほど被加熱物が強く加熱される傾向があるからである。
さらに、複数のマイクロ波放射部の直下において、導波手段の電界方向の長さが異なる構成とすることで、マイクロ波放射部直下の電界強度を変化させ、各マイクロ波放射部から加熱室へ放射されるマイクロ波量を変化させることが可能となる。
よって、簡易な構成で局所的なマイクロ波集中が生じる電磁界分布を実現し、加熱室内の任意の場所に置かれた被加熱物に対して、高効率なマイクロ波加熱を実現できる。
また、円偏波は円偏波放射部の中心から渦を巻くようにマイクロ波が放射されているため、円偏波を放射するマイクロ波放射部を配置することにより、円偏波を発生するマイクロ波放射部上の被加熱物に対して、円偏波の特徴である周方向に対しての均一加熱が期待できる。
さらに、円偏波を放射するマイクロ波放射部を2本以上の長孔により構成される単純な形状とすることにより、駆動部のないより簡易な構成で信頼性の向上および給電部の小型化を実現することができる。
第1の発明のマイクロ波加熱装置は、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、加熱室内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射部を伝送方向に複数有し、導波手段は、複数のマイクロ波放射部の直下において、電界方向の長さが異なる構成としている。これにより、加熱室の複数の位置から被加熱物にマイクロ波を放射することが可能となり、単一のマイクロ波放射部による加熱と比較して、加熱室に置かれた被加熱物に対して広範囲に渡って、効率良くマイクロ波加熱をすることが可能となる。さらに、複数のマイクロ波放射部の直下において、導波手段の電界方向の長さが異なる構成とすることで、マイクロ波放射部直下の電界強度を変化させ、各マイクロ波放射部から加熱室へ放射されるマイクロ波量を変化させることが可能となり、簡易な構成で局所的なマイクロ波集中が生じる電磁界分布を実現し、加熱室内の任意の場所に置かれた被加熱物に対して、高効率なマイクロ波加熱を実現できる。
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、加熱室の中央からの距離が最も短いマイクロ波放射部直下の導波手段の電界方向の長さが、他のマイクロ波放射部直下の導波手段の電界方向の長さに比べ、短い構成としている。これにより、加熱室の中央からの距離が最も短いマイクロ波放射部から加熱室へ放射されるマイクロ波量を増加させ、加熱室の中央のみに置かれた被加熱物に対するマイクロ波の集中を向上させることが可能となる。加熱室の中央に置かれた被加熱物に対するマイクロ波加熱の向上は使用頻度から考えて、有用である。また、筐体内部に多くの構成部品が必要となる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において、各種制御部品や水蒸気加熱用の水タンクおよびポンプ、制御部品などの冷却用ファンおよび風路を、加熱室の中央の直下に配置することができ、筐体の小型化が可能となる。
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、マイクロ波発生手段からの距離が最も短いマイクロ波放射部直下の導波手段の電界方向の長さが、他のマイクロ波放射部直下の導波手段の電界方向の長さに比べ、長い構成としている。これにより、マイクロ波発生手段からの距離が最も短いマイクロ波放射部から加熱室へ放射されるマイクロ波量を減少させ、他のマイクロ波放射部からのマイクロ波量を増加させることが可能となる。特に、加熱室の中央に置かれた被加熱物に対するマイクロ波加熱の向上は使用頻度から考えて、有用である。
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、マイクロ波発生手段からの距離が最も長いマイクロ波放射部直下の導波手段の電界方向の長さが、他のマイクロ波放射部直下の導波手段の電界方向の長さに比べ、長い構成としている。これにより、マイクロ波発生手段からの距離が最も長いマイクロ波放射部から加熱室へ放射されるマイクロ波量を減少させ、他のマイクロ波放射部からのマイクロ波量を増加させることが可能となる。特に、加熱室の中央に置かれた被加熱物に対するマイクロ波加熱の向上は使用頻度から考えて、有用である。
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、加熱室の中央からの距離が最も短いマイクロ波放射部直下の導波手段の電界方向の長さが、他のマイクロ波放射部直下の導波手段の電界方向の長さに比べ、長い構成としている。これにより、加熱室の中央からの距離が最も短いマイクロ波放射部から加熱室へ放射されるマイクロ波量を減少させ、他のマイクロ波放射部からのマイクロ波量を増加させることが可能となる。特に、加熱室の広範囲に置かれた被加熱物に対するマイクロ波加熱の向上は使用頻度から考えて、有用である。
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、マイクロ波発生手段からの距離が最も短いマイクロ波放射部直下の導波手段の電界方向の長さが、他のマイクロ波放射部直下の導波手段の電界方向の長さに比べ、短い構成としている。これにより、マイクロ波発生手段からの距離が最も短いマイクロ波放射部から加熱室へ放射されるマイクロ波量を増加させ、他のマイクロ波放射部からのマイクロ波量を減少させることが可能となり、加熱室内のマイクロ波発生手段側に置かれた被加熱物に対する加熱性能が向上する。局所的にマイクロ波集中が生じるマイクロ波分布を有したマイクロ波加熱装置は、複品加熱をする際に有用である。また、筐体内部に多くの構成部品が必要となる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において、各種制御部品や水蒸気加熱用の水タンクおよびポンプ、制御部品などの冷却用ファンおよび風路を、マイクロ波発生手段付近の導波手段下に配置することができ、筐体の小型化が可能となる。
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、マイクロ波発生手段からの距離が最も長いマイクロ波放射部直下の導波手段の電界方向の長さが、他のマイク
ロ波放射部直下の導波手段の電界方向の長さに比べ、短い構成としている。これにより、マイクロ波発生手段からの距離が最も長いマイクロ波放射部から加熱室へ放射されるマイクロ波量を増加させ、他のマイクロ波放射部からのマイクロ波量を減少させることが可能となり、加熱室内のマイクロ波発生手段から遠い側に置かれた被加熱物に対する加熱性能が向上する。局所的にマイクロ波集中が生じるマイクロ波分布を有したマイクロ波加熱装置は、複品加熱をする際に有用である。また、筐体内部に多くの構成部品が必要となる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において、各種制御部品や水蒸気加熱用の水タンクおよびポンプ、制御部品などの冷却用ファンおよび風路を、マイクロ波発生手段から遠い側の導波手段下に配置することができ、筐体の小型化が可能となる。
ロ波放射部直下の導波手段の電界方向の長さに比べ、短い構成としている。これにより、マイクロ波発生手段からの距離が最も長いマイクロ波放射部から加熱室へ放射されるマイクロ波量を増加させ、他のマイクロ波放射部からのマイクロ波量を減少させることが可能となり、加熱室内のマイクロ波発生手段から遠い側に置かれた被加熱物に対する加熱性能が向上する。局所的にマイクロ波集中が生じるマイクロ波分布を有したマイクロ波加熱装置は、複品加熱をする際に有用である。また、筐体内部に多くの構成部品が必要となる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において、各種制御部品や水蒸気加熱用の水タンクおよびポンプ、制御部品などの冷却用ファンおよび風路を、マイクロ波発生手段から遠い側の導波手段下に配置することができ、筐体の小型化が可能となる。
第8の発明のマイクロ波加熱装置は、特に、第1〜7のいずれか1つの発明において、少なくとも1つのマイクロ波放射部が、円偏波を放射する構成としている。マイクロ波放射部が円偏波を放射する構成の場合は、各円偏波放射部の中心から渦を巻くようにマイクロ波が放射されるので、他の放射部と比べてマイクロ波放射部上の被加熱物を円周方向に均一に加熱することができる。
第9の発明のマイクロ波加熱装置は、特に、第1〜8のいずれか1つの発明において、円偏波を放射するマイクロ波放射部は、二つの長孔が交差する略X字状の構成としている。これにより、簡単な構成で確実に円偏波を放射することができ、信頼性の向上および給電部の小型化を実現することができる。
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。
(実施の形態1)
図1〜図6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説明図である。図1は、全体構成を示す斜視図である。図2は、導波手段201とマイクロ波放射部102とマイクロ波発生手段202の位置関係を説明する図である。図3は、導波手段201の形状およびマイクロ波放射部102の位置関係を説明する要部断面の模式図である。図4は、矩形導波管401の寸法と伝送モードの関係を説明するための図である。図5は、矩形の導波手段201内に生じる電界501、磁界502、電流503の関係を説明するための図である。図6は、単一のマイクロ波放射部102を有する給電構成において、導波手段の電界方向の長さ301とマイクロ波放射部102から加熱室103へ放射されるマイクロ波量の関係を説明するための図であり、この結果は電磁界解析により求めた。
図1〜図6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説明図である。図1は、全体構成を示す斜視図である。図2は、導波手段201とマイクロ波放射部102とマイクロ波発生手段202の位置関係を説明する図である。図3は、導波手段201の形状およびマイクロ波放射部102の位置関係を説明する要部断面の模式図である。図4は、矩形導波管401の寸法と伝送モードの関係を説明するための図である。図5は、矩形の導波手段201内に生じる電界501、磁界502、電流503の関係を説明するための図である。図6は、単一のマイクロ波放射部102を有する給電構成において、導波手段の電界方向の長さ301とマイクロ波放射部102から加熱室103へ放射されるマイクロ波量の関係を説明するための図であり、この結果は電磁界解析により求めた。
<マイクロ波加熱装置の構成>
代表的なマイクロ波加熱装置101である電子レンジは、被加熱物(図示せず)を収納可能な加熱室103と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段202と、マイクロ波発生手段202から放射されたマイクロ波を加熱室103に導く導波手段201と、導波手段201のH面402に設けた導波手段201内のマイクロ波を加熱室103内に放射するマイクロ波放射部102を有している。
代表的なマイクロ波加熱装置101である電子レンジは、被加熱物(図示せず)を収納可能な加熱室103と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段202と、マイクロ波発生手段202から放射されたマイクロ波を加熱室103に導く導波手段201と、導波手段201のH面402に設けた導波手段201内のマイクロ波を加熱室103内に放射するマイクロ波放射部102を有している。
また、図1に示すように電子レンジは、マイクロ波放射部102の上部をカバーしつつ被加熱物を載置する載置台104と、被加熱物の出し入れのためのドア105を有する。
ここで、載置台104は、ガラスやセラミックなどマイクロ波が透過しやすい材料で構成する。
ここで、載置台104は、ガラスやセラミックなどマイクロ波が透過しやすい材料で構成する。
なお、マイクロ波発生手段202にはマグネトロン、導波手段201には矩形導波管401、マイクロ波放射部102には導波手段201に設けた開口部を用いることで上記の構成を容易に実現できる。
<マイクロ波加熱装置の概略動作>
最初にマイクロ波加熱装置101の概略動作について説明を行なう。使用者により加熱室103内に被加熱物が置かれ、加熱開始指示が行われると、マイクロ波加熱装置101は、マイクロ波発生手段202であるマグネトロンから導波手段201内にマイクロ波を供給し、加熱室103と導波手段201とを接続しているマイクロ波放射部102を通じて、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101は被加熱物の加熱を行なう。
最初にマイクロ波加熱装置101の概略動作について説明を行なう。使用者により加熱室103内に被加熱物が置かれ、加熱開始指示が行われると、マイクロ波加熱装置101は、マイクロ波発生手段202であるマグネトロンから導波手段201内にマイクロ波を供給し、加熱室103と導波手段201とを接続しているマイクロ波放射部102を通じて、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101は被加熱物の加熱を行なう。
<間接波・直接波の定義>
なお、本発明において、マイクロ波放射部102から放射され被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103の内壁で反射したマイクロ波を反射波と呼ぶ。
なお、本発明において、マイクロ波放射部102から放射され被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103の内壁で反射したマイクロ波を反射波と呼ぶ。
<矩形導波管寸法、TE10モードの説明>
次に、図4を用いて電子レンジに搭載される代表的な導波手段201である矩形導波管401について説明する。最も単純で一般的な導波手段201は、図4のように一定の長方形の断面(幅a×高さb)を伝送方向204に伸ばした直方体からなり、マイクロ波の波長をλとしたときに、導波管の幅a(マイクロ波の波長λ>a>λ/2)、高さb(<λ/2)の範囲に選ぶことにより、TE10モードでマイクロ波を伝送することが知られている。
次に、図4を用いて電子レンジに搭載される代表的な導波手段201である矩形導波管401について説明する。最も単純で一般的な導波手段201は、図4のように一定の長方形の断面(幅a×高さb)を伝送方向204に伸ばした直方体からなり、マイクロ波の波長をλとしたときに、導波管の幅a(マイクロ波の波長λ>a>λ/2)、高さb(<λ/2)の範囲に選ぶことにより、TE10モードでマイクロ波を伝送することが知られている。
TE10モードとは、矩形導波管401内において導波管の伝送方向204には磁界502成分のみが存在して電界501成分のない、H波(TE波;電気的横波伝送 Transverse Electric Wave)における伝送モ?ドのことを指す。なお、TE10モード以外の伝送モードがマイクロ波加熱装置101の導波手段201に適用されることは殆どない。
電子レンジでは2.45GHz近辺の周波数を用いるので、波長λは約120mmであり、TE10モードでマイクロ波を伝送する場合、幅aを80〜100mm、高さbを15〜40mm程度に選ぶことが多い。
このとき、図3の上下の面を磁界502が平行に渦巻く面という意味でH面402と呼び、左右の面を電界501に平行な面という意味でE面403と呼ぶ。なお、マイクロ波が導波管内を伝送されるときの波長は、管内波長λgと表され、λg=λ/√(1−(λ/(2×a))^2)となり、幅a寸法によって変化するが、高さb寸法には無関係に決まる。
また、TE10モードでは、導波手段201の幅方向の両端(E面403)で電界501が0、幅方向の中央で電界501が最大となる。よって、マグネトロンは電界501が最大となる導波手段201の幅方向の中央に結合させる構成とする。
<加熱室中央の負荷に対する加熱性能の重要性(置かれる頻度)>
なお、被加熱物は加熱室の中央206に置かれることが最も多く、さらに日本国内およびIEC(International Electrotechnical Comm
ission)標準規格におけるマイクロ波加熱の効率測定試験では、加熱室の中央206に水負荷を置くように定められている。
なお、被加熱物は加熱室の中央206に置かれることが最も多く、さらに日本国内およびIEC(International Electrotechnical Comm
ission)標準規格におけるマイクロ波加熱の効率測定試験では、加熱室の中央206に水負荷を置くように定められている。
よって、加熱室の中央206に置かれた被加熱物に対して、効率よくマイクロ波を集中させる技術は重要である。
<スポット加熱(複品加熱など)の重要性>
さらに、近年の電子レンジでは、形状や種類の異なる被加熱物を複数品同時に加熱する性能が求められることもある。この場合はマイクロ波を複数品に均一に放射するのではなく、形状が大きい、誘電率が低くマイクロ波を吸収しにくい、高い仕上がり温度が必要などの条件を有している被加熱物に多くのマイクロ波を放射する必要がある。
さらに、近年の電子レンジでは、形状や種類の異なる被加熱物を複数品同時に加熱する性能が求められることもある。この場合はマイクロ波を複数品に均一に放射するのではなく、形状が大きい、誘電率が低くマイクロ波を吸収しにくい、高い仕上がり温度が必要などの条件を有している被加熱物に多くのマイクロ波を放射する必要がある。
よって、加熱室の中央206に限らず、局所的に効率よくマイクロ波集中を生じさせる技術は重要である。
<矩形導波管内の進行波・定在波>
次に、導波手段201内の電磁界分布およびマイクロ波放射部102から放射されるマイクロ波の指向性について、導波手段201内の電界501分布の概腹位置505および概節位置506に着目して説明する。
次に、導波手段201内の電磁界分布およびマイクロ波放射部102から放射されるマイクロ波の指向性について、導波手段201内の電界501分布の概腹位置505および概節位置506に着目して説明する。
導波手段201として図4に示すような矩形導波管401を用いている場合、マイクロ波発生手段202から発生した進行波と、導波手段201の終端部203で反射した反射波が互いに干渉し、図5に示すように導波管内に定在波504が生じる。
なお、マイクロ波放射部102の位置する導波手段201内の定在波504の電界501の位相によって、導波手段201から加熱室103へ放射されるマイクロ波の広がりは変化する。このマイクロ波の広がりが変化する原理については、以下で説明する。
まず、図5を用いて定在波504における電界501・磁界502・電流503の関係について説明する。進行波は電界501と磁界502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504は電界501と磁界502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504が発生している矩形導波管401内の電界501と磁界502の関係は図5のようになる。
これは、定在波504の場合は、進行波が導波手段201の終端部203で反射する際に、電界501の位相がπ/2ずれることが主な原因である。なお、電流503は導波手段201の表面を磁界502に直交する方向に流れる。
定在波504が発生している矩形導波管401のH面402にマイクロ波放射部102を配置した場合の、マイクロ波の指向性についての原理説明を行なう。
図5に示すように導波手段201内の定在波504について、概腹位置505と概節位置506にマイクロ波放射部102が配置された場合について考える。本発明における腹および節とは、導波手段201の伝送方向204における電界501の強弱を指しており、伝送および電界方向に対して直角方向205における電界501の強弱を意味してはいない。
マイクロ波放射部102における電流503の伝送方向204成分と伝送および電界方向に対して直角方向205成分を考えた場合、概腹位置505に置かれたマイクロ波放射部102における電流503には伝送および電界方向に対して直角方向205成分が多い
。
。
電流503の流れる方向と電界501が広がる方向は同一であるので、導波手段201から加熱室103へ放射されるマイクロ波は、主に伝送および電界方向に対して直角方向205に広がる。
また、概節位置506に置かれたマイクロ波放射部102における電流503には伝送方向204成分が多い。このため、導波手段201から加熱室103へ放射されるマイクロ波は、主に導波手段201の伝送方向204に広がる。
<WG厚−マイクロ波放射量変化の原理説明>
次に、マイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301を変化させることで、マイクロ波放射部102から加熱室103内に放射されるマイクロ波量が増減する原理について説明する。
次に、マイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301を変化させることで、マイクロ波放射部102から加熱室103内に放射されるマイクロ波量が増減する原理について説明する。
導波手段201内を伝送しているマイクロ波エネルギーが同一の場合、導波手段の電界方向の長さ301を変化させることにより、導波手段201内の空間のエネルギー密度が変化することとなる。
前述した導波手段201の電磁界強度とマイクロ波放射部102から加熱室103内に放射されるマイクロ波量との関係を説明により、マイクロ波放射部102直下のエネルギー密度が変化するということは、電磁界強度も変化することになる。
よって、導波手段の電界方向の長さ301を短くした場合は、マイクロ波放射部102直下のマイクロ波エネルギー密度が高くなり電磁界強度も同様に高くなる。よって、そのマイクロ波放射部102から加熱室103内に放射されるマイクロ波量も増加する。
逆に、導波手段の電界方向の長さ301を長くした場合は、マイクロ波放射部102直下のマイクロ波エネルギー密度が低くなり電磁界強度も同様に低くなる。よって、そのマイクロ波放射部102から加熱室103内に放射されるマイクロ波量も減少する。
<導波管厚−放射量のCAE説明>
次に、単一のマイクロ波放射部102を有する給電構成における、導波手段の電界方向の長さ301とマイクロ波放射部102から放射されるマイクロ波量の関係を図6に示す。なお、図6は電磁界解析によって求めたものである。
次に、単一のマイクロ波放射部102を有する給電構成における、導波手段の電界方向の長さ301とマイクロ波放射部102から放射されるマイクロ波量の関係を図6に示す。なお、図6は電磁界解析によって求めたものである。
図6に示すように、導波手段の電界方向の長さ301が減少することによってマイクロ波放射部102から放射するマイクロ波量は増加することが分かる。これは、前述した原理説明と同じである。
以下に、図6に示した解析結果の解析条件を記載する。
本解析では、矩形導波管401を用いてマイクロ波発生手段202であるマグネトロンから発生したマイクロ波をTE10モードで伝送している。
本解析では、矩形導波管401を用いてマイクロ波発生手段202であるマグネトロンから発生したマイクロ波をTE10モードで伝送している。
本解析における矩形導波管401は、電界方向507の寸法が30mm、伝送および電界方向に対して直角方向205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。
また、本解析で用いたマイクロ波放射部102の形状は、長軸の長さが55mmである2本の長孔を各長孔の中央で直交させ、伝送方向204に対して長孔を45°傾けた構成
としたが、この性質は、本形状に限定した性質ではなく、マイクロ波放射部102の形状には依存しない性質である。つまり、多角形や円形などにおいても同様の結果が得られる。なお、マイクロ波放射部102の数は1個である。
としたが、この性質は、本形状に限定した性質ではなく、マイクロ波放射部102の形状には依存しない性質である。つまり、多角形や円形などにおいても同様の結果が得られる。なお、マイクロ波放射部102の数は1個である。
<導波手段下に臓物配置可能→アイリスとの差別化>
次に、マイクロ波放射部直下の導波手段の電界方向の長さ301を短くすることで、筐体内部に多くの構成部品が必要となる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において、各種制御部品や水蒸気加熱用の水タンクおよびポンプ、制御部品などの冷却用ファンおよび風路を、導波手段の電界方向の長さ301が短くなっている下に配置することができ、筐体の小型化が可能となる。
次に、マイクロ波放射部直下の導波手段の電界方向の長さ301を短くすることで、筐体内部に多くの構成部品が必要となる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において、各種制御部品や水蒸気加熱用の水タンクおよびポンプ、制御部品などの冷却用ファンおよび風路を、導波手段の電界方向の長さ301が短くなっている下に配置することができ、筐体の小型化が可能となる。
この効果は、インピーダンス整合素子(材質は金属など)をマイクロ波放射部102直下に設置し、マイクロ波放射部102直下の導波手段201内の電界強度を局所的に強くすることでマイクロ波放射部102から放射されるマイクロ波量を増加させる方法では実現できない。
<開口からの距離と加熱強度の関係>
次に、マイクロ波放射部102と被加熱物間の距離によるマイクロ波加熱の強弱について説明する。
次に、マイクロ波放射部102と被加熱物間の距離によるマイクロ波加熱の強弱について説明する。
マイクロ波放射部102から放射されたマイクロ波は、放射状に広がりながら空気中を伝播していくので、マイクロ波放射部102から距離が長くなるに従って、マイクロ波の電界強度は低下する傾向がある。
よって、マイクロ波放射部102から見て、同一直線状に複数の被加熱物を置いた場合、マイクロ波放射部102に近い位置の被加熱物の方が、強く加熱される傾向がある。
また、マイクロ波放射部102から被加熱物までの距離が同一であっても、マイクロ波放射部102から放射されるマイクロ波量が多い場合の方が、強く加熱される傾向がある。
<具体構成、作用・効果>
以下に、本実施の形態における具体的な構成および作用、効果を説明する。
以下に、本実施の形態における具体的な構成および作用、効果を説明する。
図2および図3に示すように、本実施の形態のマイクロ波加熱装置101である電子レンジは、被加熱物を収納する加熱室103と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段202と、マイクロ波を伝送する導波手段201と、加熱室103内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射部102を伝送方向204に複数有し、導波手段201は、複数のマイクロ波放射部の直下において、電界方向の長さ301が異なる構成としている。
これにより、駆動部が無い構成で、加熱室103の複数の位置から被加熱物にマイクロ波を放射することが可能となり、単一のマイクロ波放射部102による加熱と比較して、加熱室103に置かれた被加熱物に対して広範囲に渡って、効率良くマイクロ波加熱をすることが可能となる。
さらに、複数のマイクロ波放射部の直下において、導波手段の電界方向の長さ301が異なる構成とすることで、マイクロ波放射部102直下の電界強度を変化させ、各マイクロ波放射部から加熱室103へ放射されるマイクロ波量を変化させることが可能となり、簡易な構成で局所的なマイクロ波集中が生じる電磁界分布を実現し、加熱室103内の任意の場所に置かれた被加熱物に対して、高効率なマイクロ波加熱を実現できる。
また上記の構成に加え、加熱室の中央206からの距離が最も短いマイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301が、他のマイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301に比べ、短い構成としている。
これにより、加熱室の中央206からの距離が最も短いマイクロ波放射部102から加熱室103へ放射されるマイクロ波量を増加させているので、駆動部が無い構成で加熱室の中央206に置かれた被加熱物に対するマイクロ波の集中を向上させることが可能となる。
加熱室の中央206に置かれた被加熱物に対するマイクロ波加熱の向上は使用頻度から考えて、有用である。
さらに、筐体内部に多くの構成部品が必要となる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において、各種制御部品や水蒸気加熱用の水タンクおよびポンプ、制御部品などの冷却用ファンおよび風路を、加熱室の中央206の直下に配置することができ、筐体の小型化が可能となる。
なお、マイクロ波放射部102の数および位置が加熱室の中央206に対して非対称である場合や、全てのマイクロ波放射部102が同一形状でない場合においても本発明に含まれる。
(実施の形態2)
以下に、本実施の形態における具体的な構成および作用、効果を説明する。図7〜図10は、本発明の実施の形態2におけるマイクロ波加熱装置101の説明図である。図7は、導波手段201とマイクロ波放射部102とマイクロ波発生手段202の位置関係を説明する図である。図8は、導波手段201の形状およびマイクロ波放射部102の位置関係を説明する要部断面の模式図である。図9および図10は、本実施の形態とほぼ同様の効果を有する導波手段201の形状およびマイクロ波放射部102の位置関係を説明する要部断面の模式図である。
以下に、本実施の形態における具体的な構成および作用、効果を説明する。図7〜図10は、本発明の実施の形態2におけるマイクロ波加熱装置101の説明図である。図7は、導波手段201とマイクロ波放射部102とマイクロ波発生手段202の位置関係を説明する図である。図8は、導波手段201の形状およびマイクロ波放射部102の位置関係を説明する要部断面の模式図である。図9および図10は、本実施の形態とほぼ同様の効果を有する導波手段201の形状およびマイクロ波放射部102の位置関係を説明する要部断面の模式図である。
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、発明の主要点でない限り説明を省略し、以下その動作、作用を説明する。
<具体構成、作用・効果>
以下に、本実施の形態における具体的な構成および作用、効果を説明する。
図7および図8に示すように、本実施の形態のマイクロ波加熱装置101である電子レンジは、マイクロ波発生手段202からの距離が最も短いマイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301が、他のマイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301に比べ、長い構成としている。
以下に、本実施の形態における具体的な構成および作用、効果を説明する。
図7および図8に示すように、本実施の形態のマイクロ波加熱装置101である電子レンジは、マイクロ波発生手段202からの距離が最も短いマイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301が、他のマイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301に比べ、長い構成としている。
これにより、マイクロ波発生手段202からの距離が最も短いマイクロ波放射部102から加熱室103へ放射されるマイクロ波量を減少させ、他のマイクロ波放射部102からのマイクロ波量を増加させることが可能となる。
また上記の構成に加え、マイクロ波発生手段202からの距離が最も長いマイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301が、他のマイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301に比べ、長い構成としている。
これにより、マイクロ波発生手段202からの距離が最も長いマイクロ波放射部102から加熱室103へ放射されるマイクロ波量を減少させ、他のマイクロ波放射部102からのマイクロ波量を増加させることが可能となる。
特に、駆動部を用いない構成で、使用頻度の高い加熱室の中央206に置かれた被加熱物に対するマイクロ波加熱性能を向上させることは、有用である。
なお、マイクロ波放射部102の数および位置が加熱室の中央206に対して非対称である場合や、全てのマイクロ波放射部102が同一形状でない場合においても本発明に含まれる。
また、図9はマイクロ波発生手段202からの距離が最も長いマイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301が、他のマイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301に比べ、長い構成としているが、発明の効果および原理は、図8に示した構成とほぼ同様である。
さらに、図10はマイクロ波発生手段202からの距離が最も短いマイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301が、他のマイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301に比べ、長い構成としているが、発明の効果および原理は、図8に示した構成とほぼ同様である。
(実施の形態3)
以下に、本実施の形態における具体的な構成および作用、効果を説明する。図11〜図13は、本発明の実施の形態3におけるマイクロ波加熱装置101の説明図である。図11は、導波手段201とマイクロ波放射部102とマイクロ波発生手段202の位置関係を説明する図である。図12は、導波手段201の形状およびマイクロ波放射部102の位置関係を説明する要部断面の模式図である。図13は、円偏波を放射するマイクロ波放射部1101の形状の例を示した図である。
以下に、本実施の形態における具体的な構成および作用、効果を説明する。図11〜図13は、本発明の実施の形態3におけるマイクロ波加熱装置101の説明図である。図11は、導波手段201とマイクロ波放射部102とマイクロ波発生手段202の位置関係を説明する図である。図12は、導波手段201の形状およびマイクロ波放射部102の位置関係を説明する要部断面の模式図である。図13は、円偏波を放射するマイクロ波放射部1101の形状の例を示した図である。
なお、図面において、(実施の形態1)および(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、発明の主要点でない限り説明を省略し、以下その動作、作用を説明する。
<円偏波、直線偏波とは>
初めに、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。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501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501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。
初めに、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。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501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501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。
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、被加熱物を均一に加熱することができるようになる。特に、円偏波を発生するマイクロ波放射部102の直上に置かれた被加熱物に対して、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(CC
W:counter clockwise)の2種類に分類されるが、加熱性能に違いはない。
W:counter clockwise)の2種類に分類されるが、加熱性能に違いはない。
なお、円偏波に対して、導波手段201内のマイクロ波の電場および磁場の振動方向が一定方向であるのが直線偏波である。直線偏波を加熱室103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、被加熱物を載置するテーブルを回転させる構造や、導波手段201から加熱室103へマイクロ波を放射するアンテナを回転させる構造などを設置する必要がある。
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加熱室103内に生じる定在波504を緩和することが可能となり、円偏波を発生するマイクロ波放射部102の直上に置かれた被加熱物に対して、均一なマイクロ波加熱を実現することができる。
<楕円偏波も含む>
なお、本発明における円偏波とは、マイクロ波放射部102からのマイクロ波の広がりが正確な真円となっている場合のみを意味しているのではなく、マイクロ波の広がりが楕円となっているなどの場合も含んでいる。つまり、電界501の方向が時間に応じて変化し続けることで、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ものも円偏波と呼んでいる。
なお、本発明における円偏波とは、マイクロ波放射部102からのマイクロ波の広がりが正確な真円となっている場合のみを意味しているのではなく、マイクロ波の広がりが楕円となっているなどの場合も含んでいる。つまり、電界501の方向が時間に応じて変化し続けることで、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ものも円偏波と呼んでいる。
<円偏波の活用方法の違い(通信−加熱調理)>
次に、円偏波の利用において、開放空間の通信分野と閉空間の加熱の分野では、いくつか異なる点があるので説明を加える。通信分野では、他のマイクロ波との混在を避けて必要な情報のみを送受信する必要があるため、送信側は右旋偏波か左旋偏波のどちらかに限定して送信し、受信側もそれに合わせた最適な受信アンテナを選ぶことになる。
次に、円偏波の利用において、開放空間の通信分野と閉空間の加熱の分野では、いくつか異なる点があるので説明を加える。通信分野では、他のマイクロ波との混在を避けて必要な情報のみを送受信する必要があるため、送信側は右旋偏波か左旋偏波のどちらかに限定して送信し、受信側もそれに合わせた最適な受信アンテナを選ぶことになる。
一方、加熱の分野では、指向性を有する受信アンテナの代わりに、特に指向性のない食品などの被加熱物がマイクロ波を受けるので、マイクロ波が全体に均等に当たることのみが重要となる。
よって、加熱の分野では右旋偏波と左旋偏波が混在しても問題はないが、逆に被加熱物の置き位置や形状によって不均等な分布になるのをできるだけ防ぐ必要がある。例えば、単一の円偏波開口の場合、被加熱物を円偏波開口の真上に置くと良いが、前後あるいは左右にずらして置くと、円偏波開口に近い部位が加熱されやすく、遠い部位は加熱されにくく、結果として加熱ムラが生じてしまう。よって、複数の円偏波開口を配置することが望ましい。
なお、本実施の形態のようにTE10モードでマイクロ波を伝送している場合において、導波手段201における導波手段の管軸207を境界にして、円偏波開口から放射される円偏波の方向が逆(右旋偏波および左旋偏波)になるが、このように配置することは通信分野では考えられないことであり、本発明で初めて実現させた加熱分野ならではの配置である。
<円偏波開口形状>
次に、円偏波を放射するマイクロ波放射部1101のその他の形状について説明する。特にここでは、少なくとも2つ以上の長孔により構成されるマイクロ波放射部102について述べる。
次に、円偏波を放射するマイクロ波放射部1101のその他の形状について説明する。特にここでは、少なくとも2つ以上の長孔により構成されるマイクロ波放射部102について述べる。
形状の例を示した図13(a)〜(g)のように、2つ以上の長孔により構成されてお
り、このうちの少なくとも1つの長孔の長辺をマイクロ波の伝送方向204に対して傾いた形状となっていれば良い。よって、図13の(e)および(f)のように交差していない形状や、図13の(d)のように3つの長孔により構成されている形状でも良い。
り、このうちの少なくとも1つの長孔の長辺をマイクロ波の伝送方向204に対して傾いた形状となっていれば良い。よって、図13の(e)および(f)のように交差していない形状や、図13の(d)のように3つの長孔により構成されている形状でも良い。
なお、2つの長孔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1101の最良な形状の条件としては以下の3点が挙げられる。
1点目は、各長孔の長辺の長さは導波手段201内の管内波長λgの約1/4以上であることである。2点目は、2つの長孔はお互いに中央部で交差していることである。3点目は、導波手段201の伝送方向204に平行かつマイクロ波放射部102の中心を通る直線を軸として、電界501の分布が軸対照とならないことである。
例えば、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201における導波手段の管軸207を対称軸として電界501が分布しているので、マイクロ波放射部102の形状が、導波手段201における導波手段の管軸207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。
<正Xの円偏波開口>
なお、本実施の形態では、円偏波を放射するマイクロ波放射部1101を、二つの長孔が交差する略X字状の構成としている。これにより、簡単な構成で確実に円偏波を放射することができる。
なお、本実施の形態では、円偏波を放射するマイクロ波放射部1101を、二つの長孔が交差する略X字状の構成としている。これにより、簡単な構成で確実に円偏波を放射することができる。
<潰れXの円偏波開口>
また、図13の(a)に示したように、長孔を直交させずに傾斜させて構成することによりX字が押しつぶされたような形状のマイクロ波放射部102とした場合でも、真円から変形し楕円となるものの、円偏波を放射することができ、円偏波開口の長孔を小さくすることなく中心をより導波手段201の端部に寄せることができる。
また、図13の(a)に示したように、長孔を直交させずに傾斜させて構成することによりX字が押しつぶされたような形状のマイクロ波放射部102とした場合でも、真円から変形し楕円となるものの、円偏波を放射することができ、円偏波開口の長孔を小さくすることなく中心をより導波手段201の端部に寄せることができる。
この結果、マイクロ波放射部102から放射されるマイクロ波に指向性を持たせることができる。
<円偏波開口その他の形状>
また、図13の(e)および(f)に示したように、L字型やT字型に構成することで、特許文献2のように離して配置するときにも応用できる可能性がある。特許文献2によれば図19(b)のように、二つの長孔は直交関係でなくても30°程度なら傾けても円偏波が放射されると示されている。
また、図13の(e)および(f)に示したように、L字型やT字型に構成することで、特許文献2のように離して配置するときにも応用できる可能性がある。特許文献2によれば図19(b)のように、二つの長孔は直交関係でなくても30°程度なら傾けても円偏波が放射されると示されている。
また、図13の(b)、(c)、(d)、(e)および(g)に示したように、導波手段201の伝送方向204に平行な軸または、導波手段201の伝送および電界方向に対して直角方向205に平行な軸に対して、軸対称とならない形状のマイクロ波放射部102においても円偏波を放射することが可能である。
また、長孔とは言うものの、長方形に限定されるものではない。開口のコーナー部にRをつけるとか楕円状にするなどしても円偏波を発生することも可能である。基本的な円偏波開口の考え方としては、一方向に長めでその直角方向には短めである長細い形状のものを二つ組み合わせればよいと推察される。
<H面に開口を配置>
なお、円偏波としては特許文献1や特許文献2のように導波手段201壁面のマイクロ波放射部102で構成するものや、特許文献3に示されたようなパッチアンテナ2001
で構成するものがあるが、本実施の形態の円偏波を放射するマイクロ波放射部1101は、特許文献1に示されたものと同様に導波手段201のH面402に形成して円偏波を放射するものである。
なお、円偏波としては特許文献1や特許文献2のように導波手段201壁面のマイクロ波放射部102で構成するものや、特許文献3に示されたようなパッチアンテナ2001
で構成するものがあるが、本実施の形態の円偏波を放射するマイクロ波放射部1101は、特許文献1に示されたものと同様に導波手段201のH面402に形成して円偏波を放射するものである。
なお、上述の通り、直線偏波と比較して、円偏波による加熱は円偏波を放射するマイクロ波放射部1101上の被加熱物に対して、円周方向に均一に加熱することができる。特に導波手段201の伝送および電界方向に対して直角方向205に対称に配置すると渦の巻き方が互いに逆になるので、導波手段201の中央側での向きは同方向となり、打消し合うことがない。よって放射したマイクロ波の損失を低減することがでる。
<具体構成、作用・効果>
以下に、本実施の形態における具体的な構成および作用、効果を説明する。
以下に、本実施の形態における具体的な構成および作用、効果を説明する。
図11に示すように、本実施の形態のマイクロ波加熱装置101である電子レンジは、加熱室の中央206からの距離が最も短いマイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301が、他のマイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301に比べ、長い構成としている。
これにより、加熱室の中央206からの距離が最も短いマイクロ波放射部102から加熱室103へ放射されるマイクロ波量を減少させ、他のマイクロ波放射部102からのマイクロ波量を増加させることが可能となる。特に、駆動部の無い構成で、加熱室103の広範囲に置かれた被加熱物に対するマイクロ波加熱の向上は使用頻度から考えて、有用である。
また上記の構成に加え、少なくとも1つのマイクロ波放射部102が、円偏波を放射する構成としている。
これにより、マイクロ波放射部102が円偏波を放射する構成の場合は、各円偏波放射部の中心から渦を巻くようにマイクロ波が放射されるので、直線偏波を放射する従来のマイクロ波放射部102と比較して、駆動部の無い構成で、マイクロ波放射部102上の被加熱物を円周方向に均一に加熱することができる。
なお、マイクロ波放射部102の数および位置が加熱室の中央206に対して非対称である場合や、マイクロ波放射部102が2本の長孔を交差させた形状以外の場合や、全てのマイクロ波放射部102が同一形状でない場合、においても本発明に含まれる。
さらに、マイクロ波放射部102のうち、少なくとも1つのマイクロ波放射部102が、円偏波を放射するマイクロ波放射部1101であれば、本発明に含まれる。
(実施の形態4)
以下に、本実施の形態における具体的な構成および作用、効果を説明する。図14〜図17は、本発明の実施の形態4におけるマイクロ波加熱装置101の説明図である。図14は、導波手段201とマイクロ波放射部102とマイクロ波発生手段202の位置関係を説明する図である。図15は、導波手段201の形状およびマイクロ波放射部102の位置関係を説明する要部断面の模式図である。図16および図17は、本実施の形態とほぼ同様の効果を有する導波手段201の形状およびマイクロ波放射部102の位置関係を説明する要部断面の模式図である。
以下に、本実施の形態における具体的な構成および作用、効果を説明する。図14〜図17は、本発明の実施の形態4におけるマイクロ波加熱装置101の説明図である。図14は、導波手段201とマイクロ波放射部102とマイクロ波発生手段202の位置関係を説明する図である。図15は、導波手段201の形状およびマイクロ波放射部102の位置関係を説明する要部断面の模式図である。図16および図17は、本実施の形態とほぼ同様の効果を有する導波手段201の形状およびマイクロ波放射部102の位置関係を説明する要部断面の模式図である。
なお、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は(実施の形態1
)〜(実施の形態3)と同様であるとして、発明の主要点でない限り説明を省略し、以下その動作、作用を説明する。
)〜(実施の形態3)と同様であるとして、発明の主要点でない限り説明を省略し、以下その動作、作用を説明する。
<具体構成、作用・効果>
以下に、本実施の形態における具体的な構成および作用、効果を説明する。
以下に、本実施の形態における具体的な構成および作用、効果を説明する。
図14に示すように、本実施の形態のマイクロ波加熱装置101である電子レンジは、マイクロ波発生手段202からの距離が最も短いマイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301が、他のマイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301に比べ、短い構成としている。
これにより、マイクロ波発生手段202からの距離が最も短いマイクロ波放射部102から加熱室103へ放射されるマイクロ波量を増加させ、他のマイクロ波放射部102からのマイクロ波量を減少させることが可能となり、加熱室103内のマイクロ波発生手段202側に置かれた被加熱物に対する加熱性能が向上する。
上記構成に加え、マイクロ波発生手段202からの距離が最も長いマイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301が、他のマイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301に比べ、短い構成としている。
これにより、マイクロ波発生手段202からの距離が最も長いマイクロ波放射部102から加熱室103へ放射されるマイクロ波量を増加させ、他のマイクロ波放射部102からのマイクロ波量を減少させることが可能となり、加熱室103内のマイクロ波発生手段202から遠い側に置かれた被加熱物に対する加熱性能が向上する。
以上より、局所的にマイクロ波集中が生じるマイクロ波分布を有したマイクロ波加熱装置101は、複品加熱をする際に有用である。
また、筐体内部に多くの構成部品が必要となる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において、各種制御部品や水蒸気加熱用の水タンクおよびポンプ、制御部品などの冷却用ファンおよび風路を、マイクロ波発生手段202から近い側および遠い側の導波手段201下に配置することができ、筐体の小型化が可能となる。
さらに、本実施の形態のマイクロ波加熱装置101である電子レンジは、円偏波を放射するマイクロ波放射部1101は、二つの長孔が交差する略X字状の構成としている。
これにより、簡単な構成で確実に円偏波を放射することができ、信頼性の向上および給電部の小型化を実現することができる。
なお、マイクロ波放射部102の数および位置が加熱室の中央206に対して非対称である場合や、全てのマイクロ波放射部102が同一形状でない場合においても本発明に含まれる。
また、図16はマイクロ波発生手段202からの距離が最も長いマイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301が、他のマイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301に比べ、短い構成としているが、発明の効果および原理は、図15に示した構成とほぼ同様である。
さらに、図17はマイクロ波発生手段202からの距離が最も短いマイクロ波放射部102直下の導波手段の電界方向の長さ301が、他のマイクロ波放射部102直下の導波
手段の電界方向の長さ301に比べ、短い構成としているが、発明の効果および原理は、図15に示した構成とほぼ同様である。
手段の電界方向の長さ301に比べ、短い構成としているが、発明の効果および原理は、図15に示した構成とほぼ同様である。
以上のように、本発明のマイクロ波加熱装置101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。
101 マイクロ波加熱装置(電子レンジ)
102、1101 マイクロ波放射部
103 加熱室
201 導波手段
202 マイクロ波発生手段
204 伝送方向
206 加熱室の中央
301 電界方向の長さ
102、1101 マイクロ波放射部
103 加熱室
201 導波手段
202 マイクロ波発生手段
204 伝送方向
206 加熱室の中央
301 電界方向の長さ
Claims (9)
- 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伝送方向に複数有し、前記導波手段は、複数の前記マイクロ波放射部の直下において、電界方向の長さが異なる構成としたマイクロ波加熱装置。 - 加熱室の中央からの距離が最も短いマイクロ波放射部直下の前記導波手段の電界方向の長さが、他のマイクロ波放射部直下の前記導波手段の電界方向の長さに比べ、短い構成とした請求項1に記載のマイクロ波加熱装置。
- 前記マイクロ波発生手段からの距離が最も短いマイクロ波放射部直下の前記導波手段の電界方向の長さが、他のマイクロ波放射部直下の前記導波手段の電界方向の長さに比べ、長い構成とした請求項1に記載のマイクロ波加熱装置。
- 前記マイクロ波発生手段からの距離が最も長いマイクロ波放射部直下の前記導波手段の電界方向の長さが、他のマイクロ波放射部直下の前記導波手段の電界方向の長さに比べ、長い構成とした請求項1に記載のマイクロ波加熱装置。
- 加熱室の中央からの距離が最も短いマイクロ波放射部直下の前記導波手段の電界方向の長さが、他のマイクロ波放射部直下の前記導波手段の電界方向の長さに比べ、長い構成とした請求項1に記載のマイクロ波加熱装置。
- 前記マイクロ波発生手段からの距離が最も短いマイクロ波放射部直下の前記導波手段の電界方向の長さが、他のマイクロ波放射部直下の前記導波手段の電界方向の長さに比べ、短い構成とした請求項1に記載のマイクロ波加熱装置。
- 前記マイクロ波発生手段からの距離が最も長いマイクロ波放射部直下の前記導波手段の電界方向の長さが、他のマイクロ波放射部直下の前記導波手段の電界方向の長さに比べ、短い構成とした請求項1に記載のマイクロ波加熱装置。
- 少なくとも1つの前記マイクロ波放射部が、円偏波を放射する構成とした請求項1〜7のいずれか1項に記載のマイクロ波加熱装置。
- 前記マイクロ波放射部は、二つの長孔が交差する略X字状の構成とした請求項1〜8のいずれか1項に記載のマイクロ波加熱装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013019227A JP2014150018A (ja) | 2013-02-04 | 2013-02-04 | マイクロ波加熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2013019227A JP2014150018A (ja) | 2013-02-04 | 2013-02-04 | マイクロ波加熱装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2014150018A true JP2014150018A (ja) | 2014-08-21 |
Family
ID=51572826
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013019227A Pending JP2014150018A (ja) | 2013-02-04 | 2013-02-04 | マイクロ波加熱装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014150018A (ja) |
-
2013
- 2013-02-04 JP JP2013019227A patent/JP2014150018A/ja active Pending
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