JPWO2013005420A1 - マイクロ波加熱装置 - Google Patents
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Abstract
マイクロ波加熱装置においては、導波部(103)における伝送方向(X)に平行な中心軸(P)の垂直線上に加熱室(101)内の加熱空間の中心点(O)が含まれないように導波部が配置されており、各マイクロ波放射部(104)から放射されるマイクロ波の合成波が、加熱空間の中心側へ多くのマイクロ波を放射する指向性を有するよう構成して、加熱室内の被加熱物を均一にマイクロ波加熱することが可能となる。
Description
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、加熱室の内部にマイクロ波を放射するため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、マイクロ波発生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。
従来の電子レンジにおけるマイクロ波発生手段としては、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、導波管を介してマイクロ波放射部から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(マイクロ波分布)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という問題を有する。
加熱室内部の被加熱物を均一に加熱する手段としては、被加熱物を載置するテーブルを回転させて被加熱物を加熱室内部において回転させる構造、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、または位相器を用いてマイクロ波発生手段からのマイクロ波の位相を変化させる構造が有る。このような構造を備えたマイクロ波加熱装置が一般的に用いられている。
例えば、従来のマイクロ波加熱装置では、導波管内部に回転可能なアンテナ、アンテナシャフトなどが配置されており、モータによって当該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により、加熱室内のマイクロ波分布の不均一さを低減する構造を有するものがあった。
また、日本の特開昭62−64093号公報(特許文献1)には別の構成のマイクロ波加熱装置が記載されている。この特許文献1には、マグネトロンの上部に回転可能なアンテナを設け、当該アンテナの羽根に送風ファンからの風をあてることにより、当該送風ファンの風力でアンテナが回転して、加熱室内のマイクロ波分布を変化させるマイクロ波加熱装置が提案されている。
位相器を有する例としては、マイクロ波加熱による被加熱物の加熱ムラの低減を図ると共に、コスト削減および給電部の省スペース化を図ったマイクロ波加熱装置が米国特許第4301347号明細書(特許文献2)に記載されている。この特許文献2には、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するマイクロ波加熱装置が提案されている。
前述の従来の構成を有するマイクロ波加熱装置においては、出来るだけ簡易的な構造を有し、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。しかし、これまで提案されていた従来の構成においては、満足出来るものではなく、構造上、効率化および均一化などの点で種々の問題を有していた。
また、マイクロ波加熱装置、特に、電子レンジにおいては、高出力化の技術開発が進み、国内では定格高周波出力1000Wの製品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この商品の大きな特徴である。しかし、電子レンジにおいて、不均一加熱が未解決な状態においての高出力化は不均一加熱をより顕在化させるという大きな問題を抱えている。
従来のマイクロ波加熱装置が抱える構造上の課題としては、下記の3点が挙げられる。
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ための駆動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駆動源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る点である。
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ための駆動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駆動源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る点である。
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、当該アンテナを加熱室の上部又は下部に設ける必要があり、構造上において特定の部品の配置が制限されている点である。
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から発熱量が多いため、十分な冷却性能を実現するために冷却風路を確保する必要があり、導波管およびマイクロ波放射部の設置位置が制限され、加熱室内のマイクロ波分布が不均一になる点である。
また、マイクロ波加熱装置における加熱室に通じる、マイクロ波が照射される空間(アプリケータ)内には、テーブルまたはアンテナの回転機構や、位相器などの各種機構が設置されており、このような機構の設置は、装置の信頼性を低下させるおそれがあるという課題を有していた。したがって、これら機構の設置を不要とするマイクロ波加熱装置が求められている。
さらに、マイクロ波加熱による被加熱物の不均一加熱(加熱ムラ)の低減を図ると共に、製造コストの低減および給電部の省スペース化を図った特許文献2に記載されたマイクロ波加熱装置においても次のような問題を有する。特許文献2に開示された、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するマイクロ波加熱装置は、回転機構を有していないという利点を有するが、マイクロ波加熱により十分な均一加熱が実現できないという課題を有している。
本発明は、前記の従来の技術における課題を解決するものであり、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となるマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。
本発明に係る一態様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部と、
マイクロ波を伝送する導波部と、
前記加熱室内に円偏波を放射する複数のマイクロ波放射部と、を備え、
前記導波部は、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸の垂直線上に前記加熱室内の加熱空間の中心点が含まれないように配置されており、
各前記マイクロ波放射部から放射されるマイクロ波の合成波が、前記加熱空間の中心側へ多くのマイクロ波を放射する指向性を有するよう構成されている。
このように構成された本発明に係る一態様のマイクロ波加熱装置は、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となる。
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部と、
マイクロ波を伝送する導波部と、
前記加熱室内に円偏波を放射する複数のマイクロ波放射部と、を備え、
前記導波部は、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸の垂直線上に前記加熱室内の加熱空間の中心点が含まれないように配置されており、
各前記マイクロ波放射部から放射されるマイクロ波の合成波が、前記加熱空間の中心側へ多くのマイクロ波を放射する指向性を有するよう構成されている。
このように構成された本発明に係る一態様のマイクロ波加熱装置は、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となる。
本発明によれば、回転機構を用いることなく、加熱室内に配置された被加熱物に対して均一にマイクロ波加熱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。
本発明に係る第1の態様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部と、
マイクロ波を伝送する導波部と、
前記加熱室内に円偏波を放射する複数のマイクロ波放射部と、を備え、
前記導波部は、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸の垂直線上に前記加熱室内の加熱空間の中心点が含まれないように配置されており、
各前記マイクロ波放射部から放射されるマイクロ波の合成波が、前記加熱空間の中心側へ多くのマイクロ波を放射する指向性を有するよう構成されている。
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部と、
マイクロ波を伝送する導波部と、
前記加熱室内に円偏波を放射する複数のマイクロ波放射部と、を備え、
前記導波部は、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸の垂直線上に前記加熱室内の加熱空間の中心点が含まれないように配置されており、
各前記マイクロ波放射部から放射されるマイクロ波の合成波が、前記加熱空間の中心側へ多くのマイクロ波を放射する指向性を有するよう構成されている。
上記のように構成された本発明に係る第1の態様のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波放射部の数、形状、配置などを調整することが可能となり、加熱室内のマイクロ波分布を変化させる制御因子が多くなり、加熱空間における目標とするマイクロ波分布を実現し易い構成となる。したがって、本発明に係る第1の態様のマイクロ波加熱装置は、回転機構を用いることなく、被加熱物に対して均一にマイクロ波加熱させることが可能となる。
また、本発明に係る第1の態様のマイクロ波加熱装置は、円偏波を放射するマイクロ波放射部を有しているため、マイクロ波放射部から拡がりを有するマイクロ波が放射され、被加熱物に対してマイクロ波の放射をより広い範囲で均一化することが可能となる。特に、円偏波の周方向に対しての均一加熱が期待できる。
本発明に係る第2の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第1の態様における前記複数のマイクロ波放射部が、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸に対して非軸対称となるよう配置されている。このように構成された本発明に係る第2の態様のマイクロ波加熱装置は、加熱室内のマイクロ波分布を変化させることが可能となり、加熱空間におけるマイクロ波分布を所望の状態とすることが可能となる。
本発明に係る第3の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第1または第2の態様における前記複数のマイクロ波放射部における少なくとも1つマイクロ波放射部が、他のマイクロ波放射部に比べて特定の方向に多くのマイクロ波を放射するよう構成されている。このように構成された本発明に係る第3の態様のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波放射部が指向性を有する構成となり、加熱室内のマイクロ波分布を変化させることが可能となり、回転機構を用いることなく、被加熱物に対して均一にマイクロ波加熱させることが可能となる。
本発明に係る第4の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第1乃至第3の態様のいずれかの態様では、前記導波部における前記加熱室に対する対向面において、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸を境界として、当該境界の両側のそれぞれの領域に設けられたマイクロ波放射部が、前記中心軸から前記マイクロ波放射部の中心までの距離が異なるよう構成されている。このように構成された本発明に係る第4の態様のマイクロ波加熱装置は、複数のマイクロ波放射部により指向性を有する構成となり、加熱室内のマイクロ波分布を変化させることが可能となる。
本発明に係る第5の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第1乃至第4の態様のいずれかの態様では、前記導波部における前記加熱室に対する対向面において、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸を境界として、当該境界の両側に設けられた複数のマイクロ波放射部が、前記加熱空間の中心点に近い側の前記マイクロ波放射部の数が、遠い側のマイクロ波放射部の数より多く設けられている。このように構成された本発明に係る第5の態様のマイクロ波加熱装置は、複数のマイクロ波放射部により指向性を有する構成となり、加熱室内のマイクロ波分布を変化させることが可能となる。
本発明に係る第6の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第1乃至第5の態様のいずれかの態様では、前記導波部における前記加熱室に対する対向面において、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸を境界として、当該境界の両側に設けられた複数のマイクロ波放射部における前記加熱空間の中心点に近い側の前記マイクロ波放射部が、前記導波部内に生じた定在波の腹の位置に形成されている。このように構成された本発明に係る第6の態様のマイクロ波加熱装置においては、加熱空間の中心点に近い側のマイクロ波放射部から導波部の幅方向に放射させることが可能となり、加熱室内のマイクロ波分布を変化させることが可能な構成となる。
本発明に係る第7の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第1乃至第6の態様のいずれかの態様において、少なくとも1つのマイクロ波放射部が2本以上のスリットの組み合わせにより構成されており、当該マイクロ波放射部における少なくとも1本のスリットの長手方向が前記導波部における伝送方向に対して傾いており、全てのマイクロ波放射部から放射されるマイクロ波の合成波が特定の方向に多くのマイクロ波を放射する指向性を有するよう構成されている。このように構成された本発明に係る第7の態様のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部から拡がりを有する円偏波のマイクロ波が確実に放射され、被加熱物に対してマイクロ波の放射をより広い範囲で均一化することが可能となる。
また、本発明に係る第7の態様のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波放射部を2本以上のスリットにより形成して、確実に円偏波を放射する構成であるため、被加熱物の加熱ムラを低減するためのテーブルまたはアンテナを回転させる機構が不要となり、装置の信頼性の向上、および給電部の小型化が可能となる。
本発明に係る第8の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第7の態様において、スリットにより構成された前記マイクロ波放射部のスリットの長手方向の長さが、前記導波部における伝送および電界方向に対して直交する方向における位置によって異なるよう構成されている。このように構成された本発明に係る第8の態様のマイクロ波加熱装置は、複数のマイクロ波放射部により指向性を有する構成となり、加熱室内のマイクロ波分布を変化させることが可能となり、加熱空間におけるマイクロ波分布を所望の状態とすることが可能となる。
本発明に係る第9の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第7の態様において、スリットにより構成された前記マイクロ波放射部のスリットの幅方向の長さが、前記導波部における伝送および電界方向に対して直交する方向の位置によって異なるよう構成されている。このように構成された本発明に係る第9の態様のマイクロ波加熱装置は、複数のマイクロ波放射部により指向性を有する構成となり、加熱室内のマイクロ波分布を変化させることが可能となり、加熱空間におけるマイクロ波分布を所望の状態とすることが可能となる。
本発明に係る第10の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第7の態様において、スリットにより構成された前記マイクロ波放射部のスリットの交差部分には、R面取り加工またはC面取り加工が施されている。このように構成された本発明に係る第10の態様のマイクロ波加熱装置は、電界の集中を緩和し、エネルギ損失を抑制することができ、装置の信頼性を高めることができる。
本発明に係る第11の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第7の態様において、スリットにより構成された前記マイクロ波放射部のスリット末端部分には、R面取り加工またはC面取り加工が施されている。このように構成された本発明に係る第10の態様のマイクロ波加熱装置は、電界の集中を緩和し、エネルギ損失を抑制することができ、装置の信頼性を高めることができる。
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、本発明には、以下に述べる各実施の形態において説明する任意の構成を適宜組み合わせることを含むものであり、組み合わされた構成においてはそれぞれの効果を奏するものである。さらに、本発明は、以下の実施の形態において説明する具体的な電子レンジの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は、本発明に係る実施の形態1のマイクロ波加熱装置である電子レンジを示す横断面図である。図2は、本発明に係る実施の形態1の電子レンジにおけるマイクロ波放射部の平面図であり、加熱室101と導波部103とマイクロ波放射部104との位置関係を示している。
図1は、本発明に係る実施の形態1のマイクロ波加熱装置である電子レンジを示す横断面図である。図2は、本発明に係る実施の形態1の電子レンジにおけるマイクロ波放射部の平面図であり、加熱室101と導波部103とマイクロ波放射部104との位置関係を示している。
図1において、実施の形態1のマイクロ波加熱装置である電子レンジは、被加熱物107を収納する加熱室101と、マイクロ波を生成するマイクロ波発生部102と、マイクロ波発生部102から供給されるマイクロ波を加熱室101へ伝送するための導波部103と、導波部103における加熱室101に対向する管壁面に設けられ、加熱室101内に円偏波を放射するマイクロ波放射部104と、を有する。
なお、マイクロ波発生部102としてマグネトロン、導波部103として矩形導波管、およびマイクロ波放射部104として導波部103に設けた開口を用いることにより、実施の形態1の電子レンジにおける構成を容易に実現することができる。
図2に示すように、導波部103は、加熱室101内に円偏波を放射する複数のマイクロ波放射部104を有している。導波部103と加熱室101との位置関係は、加熱室101を上から見た状態において、導波部103における伝送方向(図2における右方向)に平行な中心軸Pが、導波部103を設置した加熱室101の内壁面(底面壁)の中心点Oを含まないよう、構成されている。ここでは、導波部103が対向する底面壁(加熱室101の壁面)の中心点Oの鉛直線上(垂直線上)に加熱室内部の加熱空間の中心点Oがあるものとする。なお、実施の形態1の説明においては、上記のように導波部103における伝送方向に平行な中心軸Pが導波部103を設置した加熱室101の内壁面の中心点Oを含まない位置関係となっている構成をオフセンタと呼ぶ。
以上のように構成された実施の形態1の電子レンジにおける動作、作用について以下説明する。
最初にマイクロ波加熱装置の概略動作について説明する。使用者により加熱室101内に被加熱物107が配置され、加熱開始指示の操作が行われると、当該マイクロ波加熱装置は、マイクロ波発生部102であるマグネトロンから導波部103内にマイクロ波が供給され、加熱室101と導波部103とを接続するマイクロ波放射部104を介して、加熱室101内にマイクロ波が放射される。このように加熱室101内にマイクロ波が放射されることにより、当該マイクロ波加熱装置は被加熱物107に対する加熱処理を行う。
最初にマイクロ波加熱装置の概略動作について説明する。使用者により加熱室101内に被加熱物107が配置され、加熱開始指示の操作が行われると、当該マイクロ波加熱装置は、マイクロ波発生部102であるマグネトロンから導波部103内にマイクロ波が供給され、加熱室101と導波部103とを接続するマイクロ波放射部104を介して、加熱室101内にマイクロ波が放射される。このように加熱室101内にマイクロ波が放射されることにより、当該マイクロ波加熱装置は被加熱物107に対する加熱処理を行う。
次に、加熱室101の内壁面の形状による、加熱室101内のマイクロ波分布の不均一性について図1を参照して説明する。
加熱室101内の形状(加熱空間形状)は、非対称である場合が多く、加熱室101を構成する壁面には誘電率の異なる多数の部品が取付けられている。具体例としては、主に以下の3点が挙げられる。
加熱室101内の形状(加熱空間形状)は、非対称である場合が多く、加熱室101を構成する壁面には誘電率の異なる多数の部品が取付けられている。具体例としては、主に以下の3点が挙げられる。
1点目は、被加熱物107を取り出すためのドア108およびドアガラス109が取付けられていることである。2点目は、被加熱物107を輻射加熱するために上面または底面にヒータ110が取付けられていることである。3点目は、被加熱物107に対して対流加熱するために背面裏側にヒータ110および対流ファン111が取付けられているため、背面側壁面が複雑な形状になっていることである。
上記のように、加熱室101内の加熱空間形状が非対称であり、および/または加熱室101の壁面に誘電率の異なる部品が取付けられているため、加熱室101の内壁面でマイクロ波が反射して、その反射波により被加熱物107に対する加熱が不均一となる。なお、実施の形態1の説明においては、マイクロ波放射部104から放射されて被加熱物107を直接照射するマイクロ波を直接波と呼び、加熱室101内の壁面などに反射して被加熱物107を照射するマイクロ波を反射波とする。
次に、導波部103と加熱室101の位置関係による、加熱室101内のマイクロ波分布の不均一性について説明する。
近年、マイクロ波加熱機能だけではなく、他の加熱方式(水蒸気加熱、輻射加熱、熱風加熱など)を有するマイクロ波加熱装置が登場している。このため、他の加熱機能の性能を確保するため、導波部は加熱室に対してオフセンタとなる構成が多くなっている。
近年、マイクロ波加熱機能だけではなく、他の加熱方式(水蒸気加熱、輻射加熱、熱風加熱など)を有するマイクロ波加熱装置が登場している。このため、他の加熱機能の性能を確保するため、導波部は加熱室に対してオフセンタとなる構成が多くなっている。
このため、導波部における管軸方向の中心軸(図2の中心軸P参照)を対称軸としてマイクロ波放射部を対称的に配置したとしても、加熱室内を均一なマイクロ波分布とすることは困難である。
以下、導波部が加熱室に対してオフセンタとなる構成の具体例として、図1に示す構成を参照して説明する。オフセンタとなる構成の例としては、主に以下の2点が挙げられる。1点目は、水蒸気加熱機能を有するマイクロ波加熱装置の場合であり、水蒸気加熱機能を実現するために、水タンク112、ポンプ113、ヒータ110、加熱室101内へ水蒸気を噴出する噴出口114などを加熱室101の内外に設置する必要があり、導波部103は加熱室101に対してオフセンタの構成となる。
2点目は、輻射加熱機能を有するマイクロ波加熱装置の場合であり、加熱室101の上面側または底面側にヒータ110を設置する必要があるため、導波部103は加熱室101に対してオフセンタの構成となる。図1に示すマイクロ波加熱装置においては、加熱室101の上面側にヒータ110が設置された例を示している。
また、マイクロ波加熱装置においては、その筐体内にインバータ、マグネトロン、制御基盤などの発熱量が多い部品などが設置されている。このようなインバータ、マグネトロン、制御基盤などの発熱部品は十分に冷却しなければならず、これらの発熱部品に対して筐体内には冷却風路(冷却空間)115(図1参照)を確保する必要がある。もしこれらの発熱部品に対する冷却が不十分であれば正常に動作しない部品や、焼損する部品が発生してしまい、装置の信頼性を大幅に損ねるという問題を有している。したがって、十分な冷却性能を確保するためには、導波部が加熱室に対してオフセンタの位置となる構成とならざるをえない場合が多かった。
以上の点を考慮すると、マイクロ波放射部から放射されるマイクロ波においては、加熱室内の加熱空間に対応して所望の指向性を有するように構成しなければ、加熱室内の被加熱物を均一にマイクロ波加熱することは困難である。
次に、複数のマイクロ波放射部を有するマイクロ波加熱装置の利点について説明する。
1つのマイクロ波放射部を有するマイクロ波加熱装置では、マイクロ波の指向性を調整するための因子数が少ないため、目標とする加熱室内の加熱領域に対するマイクロ波分布の均一性を得ることは困難である。
1つのマイクロ波放射部を有するマイクロ波加熱装置では、マイクロ波の指向性を調整するための因子数が少ないため、目標とする加熱室内の加熱領域に対するマイクロ波分布の均一性を得ることは困難である。
また、このようなマイクロ波加熱装置においては、1点からマイクロ波が加熱室内に放射されるため、マイクロ波の十分な拡がりが期待できず、直接波および反射波が特定の領域に加熱領域が集中してしまい、被加熱物に対して不均一なマイクロ波加熱となってしまうことが多い。
特に、加熱室の底面からマイクロ波を放射する場合においては、被加熱物がマイクロ波放射部と近距離に置かれることが多く、マイクロ波が十分に拡がらず、マイクロ波が被加熱物近傍に集中してしまい、被加熱物の加熱ムラが顕著となる。
したがって、マイクロ波放射部を導波部に複数設けて加熱室に対してマイクロ波を放射する構成とすることにより、マイクロ波放射部の形状だけではなく、数量、配置などの指向性を調整するための因子数を増やすことが可能となる。このように、マイクロ波放射部を複数設けることにより、1つのマイクロ波放射部の場合と比較して、大幅に調整因子数を増加させることができる。このため、加熱空間内のマイクロ波分布を均一にすることが可能であり、目標とする被加熱物に対するマイクロ波加熱の均一化を得ることが容易になる。
次に、円偏波の特徴および円偏波を用いたマイクロ波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ため、加熱室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。
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ため、加熱室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。
上記の円偏波の特徴により、円偏波を放射するマイクロ波放射部は、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、被加熱物をより均一に加熱することが可能となる。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。
したがって、直線偏波を用いた従来のマイクロ波加熱装置によるマイクロ波加熱において問題となっていた、直接波と、その反射波との干渉によって生じる加熱室内の定在波を、円偏波放射を利用することにより緩和することが可能であり、より均一なマイクロ波加熱を実現することができると考えられる。
導波管内を伝送するマイクロ波は、電場および磁場の振動方向が一定方向である直線偏波である。前述のように、直線偏波を加熱室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は、被加熱物を載置するテーブルを回転させる構造や、導波部から加熱室へマイクロ波を放射するアンテナを回転させる構造や、または導波部内に位相器を設置してマイクロ波の位相を変更させる構造を設けなければならなかった。
しかしながら、テーブルやアンテナを回転させる機構、または導波部に位相器を設置する機構を設けても、加熱室内において被加熱物に対して十分に均一なマイクロ波加熱を実現することは困難であった。さらに、上記のように回転機構や、位相器を設置するような構成をマイクロ波加熱装置に設けることは、構造の複雑化を招き、構造上における制限が生じ、そして装置の信頼性が低下するという課題を有していた。
前述のように、加熱室内の加熱空間形状の非対称性、および加熱室に対する導波部がオフセンタとなる構成において、被加熱物に対する均一加熱を実現するためには、複数のマイクロ波放射部により放射されるマイクロ波の合成波の指向性を調整する必要がある。さらに、円偏波を放射するマイクロ波放射部を設置することにより、加熱空間内のマイクロ波分布の均一性が向上させる必要がある。
そこで、本発明者は、上記の課題を解決する本願発明に係る実施の形態1のマイクロ波加熱装置の構成を一態様として提案するものである。
そこで、本発明者は、上記の課題を解決する本願発明に係る実施の形態1のマイクロ波加熱装置の構成を一態様として提案するものである。
本発明に係る実施の形態1のマイクロ波加熱装置において構成した複数のマイクロ波放射部104により放射されるマイクロ波の合成波の指向性の調整方法について具体例を用いて説明する。
図2に示すように、導波部103には複数のマイクロ波放射部104が設けられており、導波部103が加熱室101に対してオフセンタの位置となるよう構成されている。図2に示す実施の形態1において、導波部103は加熱室101の加熱空間の中心点Oより、加熱室101を上から見た状態において、背面側(図2における上側)となるよう配置されている。
仮に、導波部の伝送方向に平行な中心軸(P)を対称軸として複数のマイクロ波放射部を対称的に配置した場合には、マイクロ波発生部からの距離が遠くなるに従って、基本的にはマイクロ波放射量は減少する。このような構成においては、加熱室内の中央に配置された被加熱物を均一加熱することは困難である。
そこで、図2に示すように、複数のマイクロ波放射部104を、導波部103の伝送方向Xに平行な中心軸Pに対して、軸対称とならないように配置する(非軸対称配置)。図2に示した構成では、導波部103の中心軸Pより背面側の領域においては2個の導波部103を設け、導波部103の中心軸Pより前面側の領域においては3個の導波部103を設けている。このように構成した場合、中心軸Pを境界として、マイクロ波放射部104の数が多い領域(前面側領域)におけるマイクロ波放射部104の開口面積の合計が、反対側の領域(背面側領域)の開口面積の合計より大きくなり、両側の領域におけるマイクロ波放射総量において偏りが生じている。
この結果、図2に示した実施の形態1の構成においては、前面側のマイクロ波放射部104の各々から加熱室101の前面側に対して放射されるマイクロ波は、背面側のマイクロ波放射部104の各々から加熱室101の背面側に対して放射されるマイクロ波より多くなる。結果的には、導波部103からの合成波は、マイクロ波放射部104の開口数の多い側(前面側)に指向性を有する構成となっている。
したがって、導波部103が加熱室101に対してオフセンタとなっている場合には、導波部103の加熱室101に対向する面において、加熱室101の加熱空間の中心点Oに近い側の領域(例えば、前面側領域または背面側領域)にマイクロ波放射部104の開口数を多くすることにより、被加熱物107に対する均一加熱の実現をより図ることができる構成となる。
また、実施の形態1の構成において、導波管103の伝送方向に平行な中心軸Pを境界として、その中心軸Pからマイクロ波放射部104の中心までの距離が異なるように調整しても良い。例えば、図2において、導波部103の終端201に最も近いマイクロ波放射部104に示すように、中心軸Pから前面側のマイクロ波放射部104の中心までの距離L1は、中心軸Pから背面側のマイクロ波放射部104までの距離L2より長く設定する(L1>L2)。即ち、それぞれのマイクロ波放射部104を、より加熱室101の加熱空間の中心点Oに近づけて設けることにより、導波部103に設けたマイクロ波放射部104からのマイクロ波放射において、加熱室101の中央側の方向にマイクロ波がより多く放射されて、そのマイクロ波の合成波(総量)の放射方向において指向性を有する構成となる。
上記のように、実施の形態1の構成においては、伝送および電界方向に対して直交する方向Y(導波部103の幅方向)におけるマイクロ波放射部104の位置を調整することにより、加熱室101の中央側にマイクロ波をより多く放射することができ、指向性を有する構成となる。
なお、上記のように、伝送方向Xに並ぶマイクロ波放射部の数量を変更する構成や、中心軸Pに対する距離を変更する構成である具体的な構成については、導波部103が加熱室101に対してオフセンタに配置された場合だけではなく、加熱室101の加熱空間形状が非対称性であるときに生じるマイクロ波分布の偏りが問題となる場合においても適用可能である。
また、上記の2つの具体的な構成に関しては、それらの構成を組合せることにより被加熱物に対するより均一な加熱の実現を図ることが可能な構成となる。
また、上記の2つの具体的な構成に関しては、それらの構成を組合せることにより被加熱物に対するより均一な加熱の実現を図ることが可能な構成となる。
(実施の形態2)
以下、本発明に係る実施の形態2のマイクロ波加熱装置について説明する。実施の形態2のマイクロ波加熱装置において、前述の実施の形態1のマイクロ波加熱装置と異なる点は、マイクロ波放射部の指向性を導波管内の定在波との関係で特定する点であり、その他の構成は同じである。
以下、本発明に係る実施の形態2のマイクロ波加熱装置について説明する。実施の形態2のマイクロ波加熱装置において、前述の実施の形態1のマイクロ波加熱装置と異なる点は、マイクロ波放射部の指向性を導波管内の定在波との関係で特定する点であり、その他の構成は同じである。
以下の実施の形態2のマイクロ波加熱装置の説明においては、実施の形態1のマイクロ波加熱装置における構成要素と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、その詳細な説明は実施の形態1の説明を適用する。また、実施の形態2における基本的な動作は前述の実施の形態1における動作と同様であるので、以下の説明においては、実施の形態1における動作とは異なる動作、作用などについて説明する。
図3は、本発明に係る実施の形態2のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部104と定在波301との関係を説明する図である。図3においては、導波部103内に生じる定在波301とマイクロ波放射部104との位置関係を説明している。
まず、導波部103が少なくとも1つのマイクロ波放射部104を特定の位置に設けることにより、当該マイクロ波放射部104から放射されるマイクロ波が指向性を有する構成となることについて説明する。
図3に示すように、導波部103として矩形導波管を用いている場合、マイクロ波発生部102(図1参照)において発生して導波部103に供給された進行波と、導波部103の終端201において反射した反射波とが互いに干渉して、導波部103の内部には定在波301が生じる。マイクロ波放射部104の直下にある定在波301の位相の違いによって、マイクロ波放射部104から放射されるマイクロ波は、その指向性が変化することを、本発明者は実験により確認している。マイクロ波放射部104から放射されるマイクロ波の指向性が、定在波301の位相に応じて変化する原理については以下で説明する。
図4を用いて、定在波301による導波部103における電界、磁界、および電流の関係について説明する。図4は、実施の形態2のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部104に対する電界と磁界と電流との関係を説明する図である。図4においては、マイクロ波放射部104の設置位置により指向性が変化する原理を示しており、定在波301が生じている導波部103における電界と磁界と電流との関係を説明している。図4において、符号402は電界分布の曲線を示しており、符号403は磁界分布を示す曲線であり、符号404は電流の流れを示している。
進行波においては、電界と磁界の方向は直交(90°)しており、位相は同一である。これに対して、定在波301は、電界と磁界の方向が直交(90°)しており、位相がπ/2ずれている。したがって、定在波301が発生している導波部103である矩形導波管内の電界と磁界の関係は図4に示すようになる。これは、定在波301の場合は、進行波が導波部103の終端で反射する際に、電界の位相が180°ずれることが主な原因である。なお、電流は導波部103の表面を磁界に直交する方向に流れている。
以下、電界方向Z(図3参照)に直交する面にマイクロ波放射部104を設けた導波部(矩形導波管)103において、その内部に定在波301が発生しているときに放射されるマイクロ波の指向性について、その原理説明を行う。
図4に示すように、導波部103内の定在波301における「腹」の位置と、「節」の位置にマイクロ波放射部104が配置された場合について説明する。マイクロ波放射部104において、電流の伝送方向Xの成分(X方向成分)と、伝送および電界方向に対して直交する幅方向Yの成分(Y方向成分)を考えた場合、定在波の「腹」の位置に配置されたマイクロ波放射部104における電流には伝送および電界方向に対して直交する幅方向YのY方向成分の電流が多くなる。
電流の流れる方向と電界が拡がる方向は同一であるため、放射されるマイクロ波は、伝送および電界方向に対して直交するY方向(導波部103の幅方向)に指向性を有する。
一方、定在波の「節」の位置に配置されたマイクロ波放射部104における電流には伝送方向Xの成分(X方向成分)が多くなる。このため、放射されるマイクロ波は、導波部103の伝送方向XであるX方向に指向性を有する。
次に、マイクロ波放射部104の直下にある定在波の位相と、放射されるマイクロ波の指向性との関係を、図5を用いて説明する。図5は、実施の形態2のマイクロ波加熱装置における導波部103内に生じる定在波301の位相と指向性との関係を説明する図である。図5においては、マイクロ波放射部104が位置する導波部103内に生じる定在波301の位相と、加熱室101内に放射されるマイクロ波の指向性との関係を説明している。図5に示した結果は解析により求めたものである。
図5の(a)は、導波部103の終端201(図4参照)からのマイクロ波放射部104の中心までの距離を変更することにより、マイクロ波放射部104の直下における導波部103内の定在波の位相を変えた図である。なお、マイクロ波放射部104の中心とは、開口形状を同じ厚みの板材で構成したと仮定した場合において、その板材の重心位置を示すものである。
図5の(a)に示した解析においては、定在波の「腹」の位置を位相0°とし、「節」の位置を位相180°として、位相約0°から位相約180°までを、位相約45°刻みで、マイクロ波放射部104から放射されるマイクロ波分布を解析により求めた。
なお、図5の(a)に示すように、本解析では導波部(矩形導波管)103の終端201からマイクロ波放射部104の中心までの距離を変えることにより、マイクロ波放射部104の直下にある導波部103内の定在波の位相を変えている。なお、導波部103の終端201とは、導波部103内の伝送空間において、マイクロ波発生部102であるマグネトロンのマイクロ波出力位置を始端部として、その伝送方向の終端位置である導波部103の閉塞部分の内壁面をいう。
マイクロ波放射部104の直下の位相が約180°(定在波におけるほぼ「節」の位置)の場合、前述の原理説明と同様に、当該マイクロ波放射部104は伝送方向Xにマイクロ波放射の指向性を有している。そして、図5の(b)に示すように、位相を約45°ずらしていくことによって、マイクロ波の指向性は、反時計回りに推移していき、位相が約0°(定在波のほぼ「腹」の位置)のとき、伝送および電界方向に対して直交する幅方向(Y方向)の指向性を有する。即ち、マイクロ波放射部104の直下の位相が約0°(定在波におけるほぼ「腹」の位置)の場合は、当該マイクロ波放射部104は伝送および電界方向に対して直交する幅方向(Y方向)にマイクロ波放射の指向性を有している。この結果も、前述の原理説明と一致している。
上記において説明した定在波の位相とマイクロ波放射部104の指向性との関係に関する技術を応用することにより、狙った方向に指向性を有するマイクロ波放射部104を設けることが可能となり、加熱室101内の不均一なマイクロ波分布を改善することができる。
次に、図5に示した解析結果の解析条件を説明する。
本解析においては、導波部103として矩形導波管を用いてマイクロ波発生部であるマグネトロンから発生したマイクロ波を伝送し、当該矩形導波管の伝送方向(図4における矢印X参照)には、磁界成分のみが存在して、電界成分のない伝送モードであるH波(TE波;電気的横波伝送 Transverse Electric Wave)におけるTE10モードという伝送モードのマイクロ波が伝送されている場合を想定している。
本解析においては、導波部103として矩形導波管を用いてマイクロ波発生部であるマグネトロンから発生したマイクロ波を伝送し、当該矩形導波管の伝送方向(図4における矢印X参照)には、磁界成分のみが存在して、電界成分のない伝送モードであるH波(TE波;電気的横波伝送 Transverse Electric Wave)におけるTE10モードという伝送モードのマイクロ波が伝送されている場合を想定している。
なお、TE10モード以外の伝送モードがマイクロ波加熱装置の導波部103に適用されることは殆どない。なお、矩形導波管の伝送および電界方向に対して直交する方向(図4における矢印Y参照)の寸法の上限および下限は、マイクロ波の周波数と、当該矩形導波管の電界方向(図3における矢印Z参照)の寸法によって決定される。
また、放射方向を90°変えるために必要なマイクロ波放射部104の移動距離は、管内定在波の約半波長分である。
また、放射方向を90°変えるために必要なマイクロ波放射部104の移動距離は、管内定在波の約半波長分である。
図6は、実施の形態2のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部104の具体的な開口形状の説明図である。図6に示すマイクロ波放射部104は、2本の直線状の開口であるスリット(開口)が交差するよう構成されており、少なくとも1本のスリットの長手方向(図6において長さLを示す方向)が導波部103における伝送方向Xに対して傾いた形状である。なお、図6において、マイクロ波放射部104を構成するスリットの長手方向の長さをLとし、そのスリットの幅の長さをSとしている。
図6に示すように、上記の解析結果の解析条件としては、マイクロ波放射部104の開口形状は2本のスリットを各スリットの中央で交差するよう直交させており、伝送方向Xに対してスリットの長手方向を45°傾けた構成となっている。
また、マイクロ波放射部104の数は1個であり、各スリットの長さLは55mm、矩形導波管の厚さ(高さ)は30mm、指向性の表示データは実効放射電力である。
また、マイクロ波放射部104の数は1個であり、各スリットの長さLは55mm、矩形導波管の厚さ(高さ)は30mm、指向性の表示データは実効放射電力である。
図7は、上記の解析結果を踏まえて構成された本発明に係る実施の形態2のマイクロ波加熱装置における加熱室101に対する導波部103に設けたマイクロ波放射部104の配置構成例を示す平面図である。図7に示すように、導波部103は、加熱室101内に円偏波を放射する複数のマイクロ波放射部104を有している。導波部103と加熱室101との位置関係は、加熱室101を上から見た状態において、導波部103における伝送方向(図7における右方向)に平行な中心軸Pの垂直線上(鉛直線上)が、導波部103を設置した加熱室101の加熱空間の中心点Oを含まないよう、オフセンタで構成されている。上記の構成において、導波部103における伝送方向に平行な中心軸Pを境界としてその両側の領域、即ち加熱室101に対向する管壁面において前記の中心軸Pを境界として背面側領域および前面側領域には複数のマイクロ波放射部104がそれぞれ設けられている。背面側領域には導波部103内の定在波の「節」の位置に2つのマイクロ波放射部104が配置されており、前面側領域には導波部103内の定在波の「腹」の位置に3つのマイクロ波放射部104が配置されている。
上記のように、複数のマイクロ波放射部104を配置することにより、導波部103における背面側領域のマイクロ波放射部104のそれぞれは管軸方向(図7における左右方向)に指向性を有するマイクロ波放射を行う。一方、導波部103における前面側領域のマイクロ波放射部104のそれぞれは管軸方向に直交する方向(図7における上下方向)に指向性を有するマイクロ波放射を行う。また、前面側領域のマイクロ波放射部104からのマイクロ波放射量の総量は、背面側領域のマイクロ波放射部104からのマイクロ波放射量の総量より多いため、当該加熱室101に対しては前面側にマイクロ波放射部104から多くのマイクロ波放射が行われる構成である。この結果、上記のように構成された実施の形態2のマイクロ波加熱装置においては被加熱物に対する均一加熱を図ることができる構成となる。
なお、図6に示した2本の直線状のスリット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104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、各スリットの長手方向の長さLは導波部103内を伝送されているマイクロ波の管内波長(λg)の1/4以上であることである。
2点目は、2本のスリットがお互いに中心において直交していること、および伝送方向Xに対して各スリットの長手方向が45°傾いていることである。
3点目は、導波部103の伝送方向Xに平行な直線であり、且つ、マイクロ波放射部104の中心を通る直線を対称軸として、導波部103における電界分布が軸対称とならないことである。例えば、特許文献2で示されているように、TE10モードでマイクロ波を伝送している場合においては、導波部における伝送方向に平行な中心軸(管軸)を対称軸として導波部内には電界が分布している。このため、マイクロ波放射部104の開口形状が、導波部103における伝送方向Xの中心軸P(管軸)に対して軸対称とならないように配置(非対称配置)することが条件となる。
次に、円偏波を発生するマイクロ波放射部104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本以上のスリットにより構成されるマイクロ波放射部104の構成について説明する。
図8は、本発明に係る実施の形態2のマイクロ波加熱装置における円偏波を発生するマイクロ波放射部104の他の構成を示す図であり、導波部103における加熱室101に対向する管壁面に形成された状態を示す平面図である。図8においては、マイクロ波放射部104の他の構成として、2本以上の直線状のスリット(開口)により構成されており、円偏波を放射するマイクロ波放射部104の異なる形状例を示している。
図8の(a)〜(f)に示すように、マイクロ波放射部104は、2本以上の直線状に開口したスリットにより構成されており、このうちの少なくとも1本のスリットの長手方向がマイクロ波の伝送方向Xに対して傾いた形状となっていれば良い。したがって、図8の(e)および(f)に示すように、スリットが交差していない形状や、図8の(d)に示すように、3本のスリットにより構成されている形状でも良い。
次に、2本以上のスリットにより構成されたマイクロ波放射部104において、スリットの開口面積を増減させることによって、導波部103から加熱室101にマイクロ波放射部104を介して放射されるマイクロ波放射量を調整する方法について説明する。
スリットの長手方向の長さ(図6における長さL)を短くした場合や、スリットの幅方向の長さ(図6における長さS)を短くした場合には、マイクロ波放射部104から放射されるマイクロ波の放射量は減少する。逆に、それぞれの長さを長くした場合には、マイクロ波放射部104から放射されるマイクロ波の放射量は増加する。
したがって、前述のように導波部103が加熱室101に対してオフセンタである場合、または加熱室101内の内壁面で構成される加熱空間の形状が非対称である場合において、被加熱物の均一加熱を実現するためには、それぞれの構成に対応して、導波部103における全てのマイクロ波放射部104から放射されるマイクロ波の合成波の指向性を調整する必要がある。前述のように、マイクロ波放射部104のそれぞれの開口面積を増減させることにより、マイクロ波放射部104から放射されるマイクロ波の総量を変更することが可能である。したがって、導波部103における全てのマイクロ波放射部104から放射されるマイクロ波の合成波の指向性を調整することは可能である。
例えば、導波部103の伝送方向Xに平行な中心軸Pの両側の領域(前面側領域および前面側領域)に2つのマイクロ波放射部104を対称的に配置し、加熱室101の加熱空間の中心点Oに対して導波部103がオフセンタの位置に配置されている場合を考える。
この場合において、導波部103における伝送方向Xに平行な中心軸Pに対称となるように開口面積の等しいマイクロ波放射部104を同数配置すると、マイクロ波発生部(例えば、マグネトロン)からの距離が遠くなるに従って、基本的にはマイクロ波の強度は弱まるため、加熱室101内の中央に置かれた被加熱物を均一加熱することは困難である。
したがって、導波部103における伝送方向Xに平行な中心軸Pを境界と考えた場合、加熱室101の前面側(加熱空間の中心側)に配置されているマイクロ波放射部104のスリットの長手方向の長さLおよび/またはスリットの幅方向の長さSを反対側である背面側のマイクロ波放射部104より長くすることにより、加熱室101の前面側(中心側)のマイクロ波の放射量を増加させることが可能となる。
図9は、実施の形態2のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部104の構成を変更した例を示す平面図である。図9に示す構成においては、加熱室101内に円偏波を放射する複数のマイクロ波放射部104が導波部103に形成されており、導波部103は加熱室101に対してオフセンタとなっている。図9において左側のマイクロ波放射部104に示すように、例えば加熱室101の前面側(中心側)に配置されているマイクロ波放射部104のスリットの長手方向の長さLを背面側のマイクロ波放射部104より長く(太く)することにより、加熱室101の前面側(中心側)のマイクロ波の放射量を背面側のマイクロ波放射部104より増加させることができる。
また、図9において右側のマイクロ波放射部104に示すように、加熱室101の前面側(中心側)に配置されているマイクロ波放射部104のスリットの幅方向の長さSを背面側のマイクロ波放射部104より長く(太く)することにより、加熱室101の前面側(中心側)のマイクロ波の放射量を背面側のマイクロ波放射部104より増加させることができる。
上記のように、図9に示した構成のようにマイクロ波放射部104の開口形状を所望の形状に選択することにより、加熱室101内の不均一なマイクロ波分布を改善することが可能な構成となる。
なお、前述の図6および図9に示した2本のスリットをそれぞれの中央で直交させて、スリットの長手方向を導波部103における伝送方向Xに対して45°傾けた形状であるマイクロ波放射部104が放射するマイクロ波の放射量は、十字形方向性結合器の結合度Cを求める下記の(数1)で示す式に基づいて決定することができる。ここで、十字形方向性結合器の結合度Cとは、マイクロ波放射部104を通じて導波部103から加熱室101へのマイクロ波の放射率を意味する。
次に、2本以上のスリットより構成されたマイクロ波放射部104に施したR面取り加工およびC面取り加工について図6を参照しつつ説明する。
マイクロ波は、角や先端の尖った部分に集中する性質を有している。したがって、スリットの交差部分A(図6参照)またはスリットの末端部分B(図6参照)に角や尖った部分があると、その部分に電界集中して発熱する。このように電界が集中すると、エネルギ損失が生じるため、被加熱物の加熱効率が低下してしまい、最終的にはマイクロ波加熱装置の信頼性を低下させることになる。
そこで、例えば前述の図6に示すように、直線状の2本のスリットを交差させて構成されたマイクロ波放射部104のスリットの交差部分A、またはスリットの末端部分Bにおいては、R面取り加工(図6において符号R部分)またはC面取り加工(図6において符号T部分)を施すことにより、マイクロ波放射部104での電界集中によるエネルギ損失を低減することができる。この結果、このように加工されたマイクロ波放射部104を有するマイクロ波加熱装置は、被加熱物に対する加熱効率を向上させることができ、そしてマイクロ波加熱装置の信頼性の改善を図ることが可能となる。
本発明のマイクロ波加熱装置は、加熱室内に設置した円偏波を放射する複数のマイクロ波放射部の数、形状、配置を調整することにより、加熱室内に配置さ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。また、マイクロ波放射部を2本以上のスリットにより構成された形状とすることにより、アンテナを回転させる機構、テーブルを回転させる機構および位相器などを設けなくても、被加熱物を均一にマイクロ波加熱することが可能となり、給電部の小型化、信頼性の向上、製造コストの低減を図ることが可能となる。
本発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を被加熱物に均一に照射することができるため、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 加熱室
102 マイクロ波発生部
103 導波部
104 マイクロ波放射部
O 加熱室内の加熱空間の中心点
L マイクロ波放射部のスリットの長手方向の長さ
S マイクロ波放射部のスリットの幅方向の長さ(太さ)
P 導波部における伝送方向の中心軸
X 導波部の伝送方向
Y 導波部における伝送方向および電界方向に対してそれぞれ直交する方向(幅方向)
Z 導波部における電界方向
102 マイクロ波発生部
103 導波部
104 マイクロ波放射部
O 加熱室内の加熱空間の中心点
L マイクロ波放射部のスリットの長手方向の長さ
S マイクロ波放射部のスリットの幅方向の長さ(太さ)
P 導波部における伝送方向の中心軸
X 導波部の伝送方向
Y 導波部における伝送方向および電界方向に対してそれぞれ直交する方向(幅方向)
Z 導波部における電界方向
Claims (11)
- 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部と、
マイクロ波を伝送する導波部と、
前記加熱室内に円偏波を放射する複数のマイクロ波放射部と、を備え、
前記導波部は、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸の垂直線上に前記加熱室内の加熱空間の中心点が含まれないように配置されており、
各前記マイクロ波放射部から放射されるマイクロ波の合成波が、前記加熱空間の中心側へ多くのマイクロ波を放射する指向性を有するよう構成されたマイクロ波加熱装置。 - 前記複数のマイクロ波放射部は、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸に対して非軸対称となるよう配置された請求項1に記載のマイクロ波加熱装置。
- 前記複数のマイクロ波放射部における少なくとも1つマイクロ波放射部は、他のマイクロ波放射部に比べて特定の方向に多くのマイクロ波を放射するよう構成された請求項1または2に記載のマイクロ波加熱装置。
- 前記導波部における前記加熱室に対する対向面において、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸を境界として、当該境界の両側のそれぞれの領域に設けられたマイクロ波放射部は、前記中心軸から前記マイクロ波放射部の中心までの距離が異なるよう構成された請求項1乃至3のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱装置。
- 前記導波部における前記加熱室に対する対向面において、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸を境界として、当該境界の両側に設けられた複数のマイクロ波放射部は、前記加熱空間の中心点に近い側の前記マイクロ波放射部の数が、遠い側のマイクロ波放射部の数より多く設けられた請求項1乃至4のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱装置。
- 前記導波部における前記加熱室に対する対向面において、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸を境界として、当該境界の両側に設けられた複数のマイクロ波放射部における前記加熱空間の中心点に近い側の前記マイクロ波放射部は、前記導波部内に生じた定在波の腹の位置に形成された請求項1乃至5のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱装置。
- 少なくとも1つのマイクロ波放射部が2本以上のスリットの組み合わせにより構成されており、当該マイクロ波放射部における少なくとも1本のスリットの長手方向が前記導波部における伝送方向に対して傾いており、全てのマイクロ波放射部から放射されるマイクロ波の合成波が特定の方向に多くのマイクロ波を放射する指向性を有するよう構成された請求項1乃至6のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱装置。
- スリットにより構成された前記マイクロ波放射部のスリットの長手方向の長さが、前記導波部における伝送および電界方向に対して直交する方向における位置によって異なるよう構成された請求項7に記載のマイクロ波加熱装置。
- スリットにより構成された前記マイクロ波放射部のスリットの幅方向の長さが、前記導波部における伝送および電界方向に対して直交する方向の位置によって異なるよう構成された請求項7に記載のマイクロ波加熱装置。
- スリットにより構成された前記マイクロ波放射部のスリットの交差部分には、R面取り加工またはC面取り加工を施した請求項7に記載のマイクロ波加熱装置。
- スリットにより構成された前記マイクロ波放射部のスリット末端部分には、R面取り加工またはC面取り加工が施された請求項7に記載のマイクロ波加熱装置。
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