CN103650637A - 微波加热装置 - Google Patents

Abstract

在微波加热装置中，构成为以加热室（101）内的加热空间的中心点（O）不包含在波导部（103）中的与传送方向（X）平行的中心轴（P）的垂直线上的方式配置波导部，从各微波放射部（104）放射的微波的合成波具有向加热空间的中心侧放射较多微波的指向性，从而能够对加热室内的被加热物均匀地进行微波加热。

Description

微波加热装置

技术领域

本发明涉及微波炉等微波加热装置，特别涉及在用于向加热室内部放射微波的构造上具有特征的微波加热装置。

背景技术

作为通过微波对被加热物进行加热处理的微波加热装置的代表性装置，存在微波炉。在微波炉中，微波产生单元中产生的微波被放射到金属制的加热室的内部，通过所放射的微波对加热室内部的被加热物进行加热处理。

作为现有的微波炉中的微波产生单元，使用了磁控管。由磁控管生成的微波经由波导管从微波放射部放射到加热室内部。当加热室内部的微波的电磁场分布（微波分布）不均匀时，存在不能均匀地对被加热物进行微波加热的问题。

作为均匀地对加热室内部的被加热物进行加热的手段，有使载置被加热物的工作台旋转而使被加热物在加热室内部旋转的构造、固定被加热物而使放射微波的天线旋转的构造、或者使用相位器改变来自微波产生单元的微波的相位的构造。具备这样构造的微波加热装置被普遍利用。

例如，在现有的微波加热装置中，有的微波加热装置具有如下构造：在波导管内部配置有可旋转的天线、天线轴等，一边通过电机使该天线旋转一边对磁控管进行驱动，由此减少加热室内的微波分布的不均匀。

此外，在日本特开昭62-64093号公报（专利文献1）中记载有另一结构的微波加热装置。在该专利文献1中提出了如下的微波加热装置：该微波加热装置在磁控管的上部设置有可旋转的天线，通过使来自送风风扇的风吹到该天线的叶片，利用该送风风扇的风力使天线旋转，使加热室内的微波分布变化。

作为具有相位器的例子，在美国专利第4301347号说明书（专利文献2）中记载了如下的微波加热装置：该微波加热装置减少了进行微波加热的被加热物的加热不均，并且实现了成本削减和供电部的空间节省。在该专利文献2中，提出了具有将圆偏振波放射到加热室内部的单一微波放射部的微波加热装置。

在先技术文献

专利文献

【专利文献1】日本特开昭62-64093号公报

【专利文献2】美国专利第4301347号说明书

发明内容

发明所要解决的课题

在具有上述现有结构的微波加热装置中，要求具有尽可能简单的构造，并且要求高效、均匀地对被加热物进行加热。但是，在至今为止提出的现有结构中，不能满足这些要求，在构造上、高效化以及均匀化等方面，存在各种问题。

此外，在微波加热装置特别是微波炉中，高输出化的技术开发不断发展，在国内，额定高频输出为1000W的产品已经商品化。微波炉不是通过热传导对食品进行加热，微波炉作为商品的显著特征在于能够使用介质加热直接对食品进行加热的便利性。但是，在微波炉中，尚未解决不均匀加热的状态下的高输出化会导致不均匀加热的问题更加明显。

作为现有的微波加热装置存在的构造上的问题，可以列举下述3点。

第一点是，为了减少不均匀加热而需要使用让工作台或天线旋转的驱动机构，因此必须确保旋转空间、以及用于使工作台或天线旋转的电机等驱动源的设置空间，阻碍了微波炉的小型化。

第二点是，为了使工作台或天线稳定地旋转，需要将该天线设置在加热室的上部或下部，在构造上特定部件的配置受到限制。

第三点是，由于具有水蒸气加热或热风加热等各种加热功能的微波炉的出现，在微波炉的壳体内部需要较多的结构部件、并且从壳体内部的控制部件等的发热量较多，因此为了实现充分的冷却性能需要确保冷却风道，从而限制波导管和微波放射部的设置位置，加热室内的微波分布变得不均匀。

此外，在微波加热装置中通向加热室的、被照射微波的空间（应用器（アプリケータ））内，设置有工作台或天线的旋转机构、以及相位器等各种机构，这样的机构设置存在可能降低装置的可靠性的问题。因此，要求实现不需要这些机构设置的微波加热装置。

而且，在减少了进行微波加热的被加热物的不均匀加热（加热不均）并且实现了成本削减和供电部的空间节省的专利文献2所记载的微波加热装置中，也存在如下问题。对于专利文献2中公开的、具有将圆偏振波放射到加热室内部的单一微波放射部的微波加热装置，虽然拥有不具备旋转机构的优点，但是存在不能通过微波加热实现充分的均匀加热的问题。

本发明是为了解决上述现有技术中的问题而完成的，其目的在于，提供一种能够在不使用旋转机构的情况下对被加热物进行均匀的微波加热的微波加热装置。

用于解决课题的手段

本发明的一个方式的微波加热装置构成为具有：收纳被加热物的加热室；产生微波的微波产生部；传送微波的波导部；以及多个微波放射部，它们向所述加热室内放射圆偏振波，所述波导部配置成，在所述波导部中的与传送方向平行的中心轴的垂直线上，不包含所述加热室内的加热空间的中心点，从各所述微波放射部放射的微波的合成波具有向所述加热空间的中心侧放射较多微波的指向性。

在这样构成的本发明的一个方式的微波加热装置中，能够在不使用旋转机构的情况下对被加热物进行均匀的微波加热。

发明效果

根据本发明，可以提供一种能够在不使用旋转机构的情况下均匀地对配置在加热室内的被加热物进行微波加热的微波加热装置。

附图说明

图1是示出作为本发明的实施方式1的微波加热装置的微波炉的横剖视图。

图2是示出本发明的实施方式1的微波炉中的微波放射部的结构的俯视图。

图3是说明本发明的实施方式2的微波加热装置中的微波放射部与驻波之间的关系的图。

图4是说明本发明的实施方式2的微波加热装置中的微波放射部的驻波、电场分布、磁场分布以及电流分布等之间的关系的图。

图5是说明本发明的实施方式2的微波加热装置中在波导部内产生的驻波的相位与指向性之间的关系的图。

图6是示出本发明的实施方式2的微波加热装置中的微波放射部的具体的开口形状的说明图。

图7是示出本发明的实施方式2的微波加热装置中的设置于波导部的微波放射部相对于加热室的配置结构例的俯视图。

图8是示出本发明的实施方式2的微波加热装置中的产生圆偏振波的微波放射部的其他结构的俯视图。

图9是示出本发明的实施方式2的微波加热装置中的微波放射部的结构的变形例的俯视图。

具体实施方式

本发明的第1方式的微波加热装置具有：收纳被加热物的加热室；产生微波的微波产生部；传送微波的波导部；以及多个微波放射部，它们向所述加热室内放射圆偏振波，所述波导部配置成，在所述波导部中的与传送方向平行的中心轴的垂直线上，不包含所述加热室内的加热空间的中心点，从各所述微波放射部放射的微波的合成波具有向所述加热空间的中心侧放射较多微波的指向性。

如上述那样构成的本发明的第1方式的微波加热装置能够调整微波放射部的数量、形状和配置等，改变加热室内的微波分布的控制因素增多，从而成为容易实现加热空间中的目标微波分布的结构。因此，本发明的第1方式的微波加热装置能够在不使用旋转机构的情况下对被加热物均匀地进行微波加热。

此外，本发明的第1方式的微波加热装置由于具有放射圆偏振波的微波放射部，因此从微波放射部放射出具有扩展度的微波，从而能够以更大的范围对被加热物均匀地放射微波。特别是可期待圆偏振波的对周向的均匀加热。

本发明的第2方式的微波加热装置是在所述第1方式中，所述多个微波放射部配置成关于所述波导部中的与传送方向平行的中心轴不是轴对称的。这样构成的本发明的第2方式的微波加热装置能够改变加热室内的微波分布，能够将加热空间中的微波分布设为期望的状态。

本发明的第3方式的微波加热装置是在所述第1或第2方式中，所述多个微波放射部中的至少1个微波放射部构成为相比其他微波放射部朝特定的方向放射较多的微波。这样构成的本发明的第3方式的微波加热装置成为微波放射部具有指向性的结构，能够改变加热室内的微波分布，能够在不使用旋转机构的情况下对被加热物均匀地进行微波加热。

本发明的第4方式的微波加热装置是在所述第1～第3方式中的任意一个方式中，在所述波导部中的关于所述加热室的相对面中，以所述波导部中的与传送方向平行的中心轴为边界而分别设置于该边界两侧的区域中的微波放射部构成为，从所述中心轴到所述微波放射部的中心的距离不同。这样构成的本发明的第4方式的微波加热装置通过多个微波放射部而成为具有指向性的结构，能够改变加热室内的微波分布。

本发明的第5方式的微波加热装置是在所述第1～第4方式中的任意一个方式中，在所述波导部中的关于所述加热室的相对面中，对于以所述波导部中的与传送方向平行的中心轴为边界而设置于该边界两侧的多个微波放射部，将离所述加热空间的中心点近的一侧的所述微波放射部的数量设定得比离所述加热空间的中心点远的一侧的微波放射部的数量多。这样构成的本发明的第5方式的微波加热装置通过多个微波放射部而成为具有指向性的结构，能够改变加热室内的微波分布。

本发明的第6方式的微波加热装置是在所述第1～第5方式中的任意一个方式中，在所述波导部中的关于所述加热室的相对面中，以所述波导部中的与传送方向平行的中心轴为边界而设置于该边界的两侧的多个微波放射部中的离所述加热空间的中心点近的一侧的所述微波放射部形成于所述波导部内产生的驻波的波腹的位置处。在这样构成的本发明的第6方式的微波加热装置中，能够从接近加热空间的中心点一侧的微波放射部朝波导部的宽度方向放射微波，成为能够改变加热室内的微波分布的结构。

本发明的第7方式的微波加热装置是在所述第1～第6方式中的任意一个方式中，构成为至少1个微波放射部由两条以上狭缝的组合构成，该微波放射部中的至少1条狭缝的长度方向相对于所述波导部中的传送方向倾斜，从所有微波放射部放射的微波的合成波具有朝特定的方向放射较多微波的指向性。在这样构成的本发明的第7方式的微波加热装置中，从微波放射部可靠地放射出具有扩展度的圆偏振波的微波，从而能够以更大的范围对被加热物均匀地放射微波。

此外，本发明的第7方式的微波加热装置是由两条以上狭缝形成微波放射部而可靠地放射圆偏振波的结构，因此不需要用于降低被加热物的加热不均的使工作台或天线旋转的机构，能够实现装置的可靠性的提高、和供电部的小型化。

本发明的第8方式的微波加热装置是在所述第7方式中，构成为由狭缝构成的所述微波放射部的狭缝在长度方向上的长度根据所述波导部中的与传送方向以及电场方向垂直的方向上的位置而不同。这样构成的本发明的第8方式的微波加热装置通过多个微波放射部而成为具有指向性的结构，能够改变加热室内的微波分布，能够将加热空间中的微波分布设为期望的状态。

本发明的第9方式的微波加热装置是在所述第7方式中，构成为由狭缝构成的所述微波放射部的狭缝在宽度方向上的长度根据所述波导部中的与传送方向以及电场方向垂直的方向上的位置而不同。这样构成的本发明的第9方式的微波加热装置通过多个微波放射部而成为具有指向性的结构，能够改变加热室内的微波分布，能够将加热空间中的微波分布设为期望的状态。

本发明的第10方式的微波加热装置是在所述第7方式中，由狭缝构成的所述微波放射部的狭缝的交叉部分实施了R倒角加工或C倒角加工。这样构成的本发明的第10方式的微波加热装置能够缓和电场的集中并抑制能量损耗，能够提高装置的可靠性。

本发明的第11方式的微波加热装置是在所述第7方式中，由狭缝构成的所述微波放射部的狭缝末端部分实施了R倒角加工或C倒角加工。这样构成的本发明的第10方式的微波加热装置能够缓和电场的集中并抑制能量损耗，能够提高装置的可靠性。

以下，参照附图来说明本发明的微波加热装置的优选实施方式。另外，虽然在以下实施方式的微波加热装置中对微波炉进行说明，但微波炉只是例示，本发明的微波加热装置不限于微波炉，还包含利用了介质加热的加热装置、含水垃圾处理机或半导体制造装置等微波加热装置。此外，本发明包含适当组合在以下叙述的各实施方式中说明的任意结构的结构，在组合后的结构中起到各自的效果。并且，本发明不限于在以下实施方式中说明的具体的微波炉的结构，基于同样的技术思想的结构也包含在本发明的范围内。

（实施方式1）

图1是示出作为本发明的实施方式1的微波加热装置的微波炉的横剖视图。图2是本发明的实施方式1的微波炉中的微波放射部的俯视图，示出了加热室101、波导部103以及微波放射部104之间的位置关系。

在图1中，作为实施方式1的微波加热装置的微波炉具有：收纳被加热物107的加热室101；生成微波的微波产生部102；用于将从微波产生部102提供的微波传送到加热室101的波导部103；以及微波放射部104，其设置于波导部103中的与加热室101相对的管壁面，并向加热室101内放射圆偏振波。

另外，能够通过使用作为微波产生部102的磁控管、作为波导部103的矩形波导管以及作为微波放射部104的设置于波导部103的开口，容易地实现实施方式1的微波炉中的结构。

如图2所示，波导部103具有向加热室101内放射圆偏振波的多个微波放射部104。波导部103与加热室101之间的位置关系构成为：在从上方观察加热室101的状态下，波导部103中的与传送方向（图2中的朝右方向）平行的中心轴P不包含设置了波导部103的加热室101的内壁面（底面壁）的中心点O。此处，设为加热室内部的加热空间的中心点O处于波导部103相对的底面壁（加热室101的壁面）的中心点O的铅垂线上（垂直线上）。另外，在实施方式1的说明中，将如上述那样成为了如下位置关系的结构称作偏心，即波导部103中的与传送方向平行的中心轴P不包含设置了波导部103的加热室101的内壁面的中心点O。

以下对如上那样构成的实施方式1的微波炉中的动作、作用进行说明。

首先说明微波加热装置的概略动作。在由使用者将被加热物107配置到加热室101内、并进行了加热开始指示的操作时，该微波加热装置从作为微波产生部102的磁控管向波导部103内提供微波，并经由连接加热室101和波导部103的微波放射部104向加热室101内放射微波。通过这样向加热室101内放射微波，该微波加热装置进行对被加热物107的加热处理。

接着，参照图1对加热室101的内壁面的形状引起的、加热室101内的微波分布的不均匀性进行说明。

加热室101内的形状（加热空间形状）大多情况下是不对称的，在构成加热室101的壁面上安装有介电常数不同的多个部件。作为具体例子，主要可列举以下的3点。

第一点是，安装有用于取出被加热物107的门108和门玻璃109。第二点是，在上表面或底面安装有加热器110，以便对被加热物107进行辐射加热。第三点是，在背面里侧安装有加热器110和对流风扇111，以便对被加热物107进行对流加热，因此背面侧壁面成为复杂的形状。

如上所述，由于加热室101内的加热空间形状是不对称的，和/或在加热室101的壁面安装有介电常数不同的部件，因此微波在加热室101的内壁面进行反射，由于其反射波，对被加热物107的加热变得不均匀。另外，在实施方式1的说明中，将从微波放射部104放射并直接照射被加热物107的微波称作直接波，将在加热室101内的壁面等进行反射后照射被加热物107的微波设为反射波。

接着，对波导部103与加热室101的位置关系引起的、加热室101内的微波分布的不均匀性进行说明。

近年来，出现了不仅具有微波加热功能、还具有其他加热方式（水蒸气加热、辐射加热、热风加热等）的微波加热装置。因此，为了确保其他加热功能的性能，波导部大多为相对于加热室偏心的结构。

因此，即使以波导部中的管轴方向的中心轴（参照图2的中心轴P）为对称轴对称地配置微波放射部，也难以将加热室内设为均匀的微波分布。

以下，参照图1所示的结构说明波导部相对于加热室偏心的结构的具体例子。作为偏心的结构的例子，主要可列举以下两点。第一点是具有水蒸气加热功能的微波加热装置的情况，为了实现水蒸气加热功能，需要在加热室101的内外设置水箱112、泵113、加热器110、和向加热室101内喷出水蒸气的喷出口114等，波导部103成为相对于加热室101偏心的结构。

第二点是具有辐射加热功能的微波加热装置的情况，需要在加热室101的上表面侧或底面侧设置加热器110，因此波导部103成为相对于加热室101偏心的结构。在图1所示的微波加热装置中，示出了在加热室101的上表面侧设置有加热器110的例子。

此外，在微波加热装置中，在其壳体内设置有逆变器、磁控管、控制基板等发热量较多的部件等。这种逆变器、磁控管、控制基板等发热部件必须充分冷却，针对这些发热部件，需要在壳体内确保冷却风道（冷却空间）115（参照图1）。如果对这些发热部件的冷却不充分，则产生部件不能正常工作或发生烧损而大幅损坏装置的可靠性的问题。因此，为了确保足够的冷却性能，大多情况下不得不采取波导部处于相对于加热室偏心的位置处的结构。

考虑到以上方面，在从微波放射部放射的微波中，如果不构成为与加热室内的加热空间对应地具有期望的指向性，则难以对加热室内的被加热物均匀地进行微波加热。

接着，说明具有多个微波放射部的微波加热装置的优点。

在具有1个微波放射部的微波加热装置中，用于调整微波的指向性的因子数较少，因此难以得到相对于作为目标的加热室内的加热区域的微波分布的均匀性。

此外，在这样的微波加热装置中，由于从1点向加热室内放射微波，因此无法期待微波具有足够的扩展度，直接波和反射波的加热区域集中于特定的区域，从而大多对被加热物进行不均匀的微波加热。

尤其是，在从加热室的底面放射微波的情况下，大多将被加热物放置于距离微波放射部较近的位置处，微波没有充分扩展而集中到被加热物附近，被加热物的加热不均的程度加深。

因此，能够通过设为在波导部中设置多个微波放射部而向加热室放射微波的结构，不仅增加微波放射部的形状，还增加数量、配置等用于调整指向性的因子数。如此，通过设置多个微波放射部，与1个微波放射部的情况相比，能够大幅增加调整因子数。因此，能够使加热空间内的微波分布变得均匀，容易得到作为目标的对被加热物的微波加热的均匀化。

接着，说明圆偏振波的特征和使用了圆偏振波的微波加热的优点。

圆偏振波是在移动通信和卫星通信的领域中广泛应用的技术。作为身边的使用例，可举出ETC（Electronic Toll Collection System）“不停车自动收费系统”等。圆偏振波是电场的偏振面根据时间变化相对于电波的行进方向旋转的微波，且具有如下特征：当形成圆偏振波时，电场的方向根据时间持续变化，因此放射到加热室内的微波的放射角度也持续变化，而电场强度的大小不随时间变化。

利用上述圆偏振波的特征，放射圆偏振波的微波放射部与在以往的微波加热装置中使用的利用线偏振波的微波加热相比，在大范围内分散放射微波，从而能够对被加热物更均匀地进行加热。特别是圆偏振波对周向进行均匀加热的倾向较强。另外，圆偏振波根据旋转方向被分类为右旋偏振波（CW：clockwise，顺时针）和左旋偏振波（CCW：counter clockwise，逆时针）这两种，但两者的加热性能没有差异。

因此，认为能够利用圆偏振波放射来缓和在使用了线偏振波的以往的微波加热装置的微波加热中成问题的、由于直接波和其反射波的干涉而产生的加热室内的驻波，能够实现更均匀的微波加热。

在波导管内传送的微波是电场和磁场的振动方向为固定方向的线偏振波。如前所述，在将线偏振波放射到加热室内的以往的微波加热装置中，为了降低微波分布的不均匀性，不得不设置使载置被加热物的工作台旋转的构造、使从波导部向加热室放射微波的天线旋转的构造等、或者在波导部内设置相位器来变更微波的相位的构造。

但是，即使配置使工作台或天线旋转的机构、或者在波导部内设置相位器的机构，也难以在加热室内对被加热物实现足够均匀的微波加热。并且，如上述那样在微波加热装置中设置旋转机构、或配置相位器那样的结构会导致构造的复杂化，具有产生构造上的限制，而且装置的可靠性降低的问题。

如上所述，在加热室内的加热空间形状是非对称性的且波导部相对于加热室偏心的结构中，为了实现对被加热物的均匀加热，需要调整通过多个微波放射部放射的微波的合成波的指向性。并且，需要通过设置放射圆偏振波的微波放射部，提高加热空间内的微波分布的均匀性。

因此，本发明人提出了解决上述课题的本申请发明的实施方式1的微波加热装置的结构作为一个方式。

使用具体例子，对通过在本发明的实施方式1的微波加热装置中所构成的多个微波放射部104放射的微波的合成波的指向性的调整方法进行说明。

如图2所示，波导部103中设置有多个微波放射部104，波导部103构成为处于相对于加热室101偏心的位置处。在图2所示的实施方式1中，波导部103配置成在从上方观察加热室101的状态下，相比加热室101的加热空间的中心点O处于背面侧（图2中的上侧）。

假设在以与波导部的传送方向平行的中心轴（P）为对称轴对称地配置了多个微波放射部的情况下，随着离微波产生部的距离越远，基本上微波放射量减少。在这样的结构中，难以对配置于加热室内中央的被加热物进行均匀加热。

而如图2所示，将多个微波放射部104配置成不关于波导部103的与传送方向X平行的中心轴P轴对称（非轴对称配置）。在图2所示的结构中，在相比波导部103的中心轴P位于背面侧的区域中设置了两个波导部103，在相比波导部103的中心轴P位于前面侧的区域中设置了3个波导部103。在这样构成的情况下，以中心轴P为边界，微波放射部104的数量较多的区域（前面侧区域）中的微波放射部104的开口面积的合计比相反侧的区域（背面侧区域）的开口面积的合计大，两侧区域的微波放射总量产生失衡。

其结果，在图2所示的实施方式1的结构中，分别从各个前面侧的微波放射部104向加热室101的前面侧放射的微波比分别从各个背面侧的微波放射部104向加热室101的背面侧放射的微波多。结果来自波导部103的合成波成为对微波放射部104的开口数较多一侧（前面侧）具有指向性的结构。

因此，在波导部103相对于加热室101偏心的情况下，通过在波导部103的与加热室101相对的面中，在加热室101的加热空间的接近中心点O一侧的区域（例如前面侧区域或背面侧区域）中增多微波放射部104的开口数，成为能够进一步实现对被加热物107的均匀加热的结构。

此外，在实施方式1的结构中，也可以构成为以波导管103的与传送方向平行的中心轴P为边界，将从该中心轴P到微波放射部104的中心的距离调整为不同。例如，在图2中，如最接近波导部103的末端201的微波放射部104所示，将从中心轴P到前面侧的微波放射部104的中心的距离L1设定得比从中心轴P到背面侧的微波放射部104的距离L2长（L1＞L2）。即，通过进一步接近加热室101的加热空间的中心点O来设置各个微波放射部104，而成为如下结构：在来自设置于波导部103的微波放射部104的微波放射中，向加热室101的中央侧的方向更多地放射微波，在该微波的合成波（总量）的放射方向上具有指向性。

如上所述，在实施方式1的结构中，通过调整和传送方向以及电场方向垂直的方向Y（波导部103的宽度方向）上的微波放射部104的位置，能够向加热室101的中央侧更多地放射微波，成为具有指向性的结构。

另外，如上所述，关于作为变更在传送方向X上排列的微波放射部的数量的结构、和/或变更相对于中心轴P的距离的结构的具体结构，不仅在波导部103相对于加热室101偏心配置的情况下能够应用，而且在加热室101的加热空间形状是不对称时产生的微波分布的失衡成问题的情况下也能够应用。

此外，关于上述两个具体结构，能够通过组合这些结构成为能够实现对被加热物更均匀地加热的结构。

（实施方式2）

以下，对本发明的实施方式2的微波加热装置进行说明。在实施方式2的微波加热装置中，与上述实施方式1的微波加热装置的不同点为利用微波放射部与波导管内的驻波之间的关系确定微波放射部的指向性，其他结构相同。

在以下的实施方式2的微波加热装置的说明中，对具有与实施方式1的微波加热装置中的结构要素相同功能、相同结构的结构要素标注相同标号，其详细说明适用实施方式1的说明。此外，实施方式2中的基本动作与上述实施方式1中的动作相同，因此在以下的说明中，对与实施方式1中的动作不同的动作、作用等进行说明。

图3是说明本发明的实施方式2的微波加热装置中的微波放射部104与驻波301之间的关系的图。图3中说明了在波导部103内产生的驻波301与微波放射部104之间的位置关系。

首先说明成为如下结构的情况：波导部103将至少1个微波放射部104设置到特定的位置，从该微波放射部104放射的微波具有指向性。

如图3所示，在使用了矩形波导管作为波导部103的情况下，在微波产生部102（参照图1）中产生并提供给波导部103的行波、与在波导部103的末端201处进行反射后的反射波相互干涉，从而在波导部103的内部产生驻波301。本发明人通过实验确认到：由于处于微波放射部104的正下方的驻波301的相位的不同，从微波放射部104放射的微波的指向性发生变化。以下对从微波放射部104放射的微波的指向性根据驻波301的相位发生变化的原理进行说明。

使用图4，对基于驻波301的波导部103中的电场、磁场以及电流之间的关系进行说明。图4是说明实施方式2的微波加热装置中的关于微波放射部104的电场、磁场以及电流之间的关系的图。在图4中，示出了指向性根据微波放射部104的设置位置而发生变化的原理，说明了产生驻波301的波导部103中的电场、磁场以及电流之间的关系。在图4中，标号402表示电场分布的曲线，标号403是表示磁场分布的曲线，标号404示出了电流的流动。

在行波中，电场与磁场的方向垂直（90°），相位相同。与此相对，驻波301的电场与磁场的方向垂直（90°），相位错开π/2。因此，作为产生了驻波301的波导部103的矩形波导管内的电场与磁场之间的关系成为图4所示的关系。其主要原因是，在驻波301的情况下，行波在波导部103的末端处进行反射时，电场的相位偏离180°。另外，电流在波导部103的表面沿与磁场垂直的方向流过。

以下，在与电场方向Z（参照图3）垂直的面设置了微波放射部104的波导部（矩形波导管）103中，对在其内部产生了驻波301时放射的微波的指向性的原理进行说明。

如图4所示，说明在波导部103内的驻波301中的“波腹”的位置、和“波节”的位置处配置了微波放射部104的情况。在微波放射部104中，在考虑到电流的传送方向X的成分（X方向成分）、和与传送方向以及电场方向垂直的宽度方向Y的成分（Y方向成分）的情况下，在配置于驻波的“波腹”的位置处的微波放射部104的电流中，与传送方向以及电场方向垂直的宽度方向Y上的Y方向成分电流较多。

电流的流动方向与电场扩展的方向相同，因此被放射的微波在与传送方向以及电场方向垂直的Y方向（波导部103的宽度方向）上具有指向性。

另一方面，在配置于驻波的“波节”的位置处的微波放射部104的电流中，传送方向X的成分（X方向成分）较多。因此，所放射的微波在波导部103的传送方向X即X方向上具有指向性。

接着，使用图5对处于微波放射部104正下方的驻波的相位、与所放射的微波的指向性之间的关系进行说明。图5是说明实施方式2的微波加热装置中的在波导部103内产生的驻波301的相位与指向性之间的关系的图。在图5中，说明了在微波放射部104所处的波导部103内产生的驻波301的相位、与被放射到加热室101内的微波的指向性之间的关系。图5所示的结果是通过解析求出的。

图5的（a）是通过变更从波导部103的末端201（参照图4）到微波放射部104的中心的距离，而改变微波放射部104正下方的波导部103内的驻波的相位的图。另外，在假定为用相同厚度的板材来构成开口形状的情况下，微波放射部104的中心表示该板材的重心位置。

在图5的（a）所示的解析中，将驻波的“波腹”的位置设为相位0°、“波节”的位置设为相位180°，从相位大约0°至大约180°每隔相位大约45°，通过解析求出从微波放射部104放射的微波分布。

另外，如图5的（a）所示，在该解析中，通过改变从波导部（矩形波导管）103的末端201到微波放射部104的中心的距离，而改变处于微波放射部104正下方的波导部103内的驻波的相位。另外，在波导部103内的传送空间中，将作为微波产生部102的磁控管的微波输出位置作为起始端部，波导部103的末端201是指微波的传送方向的末端位置即波导部103的封闭部分的内壁面。

在微波放射部104正下方的相位为大约180°（驻波中的大致“波节”的位置）的情况下，与上述原理说明同样，该微波放射部104在传送方向X上具有微波放射的指向性。并且，如图5的（b）所示，通过将相位错开大约45°，微波的指向性沿逆时针方向推移，在相位为大约0°（驻波的大致“波腹”的位置）时，具有与传送方向以及电场方向垂直的宽度方向（Y方向）上的指向性。即，在微波放射部104正下方的相位为大约0°（驻波中的大致“波腹”的位置）的情况下，该微波放射部104在与传送方向以及电场方向垂直的宽度方向（Y方向）上具有微波放射的指向性。该结果也与上述原理说明一致。

能够通过应用与上述所说明的驻波的相位与微波放射部104的指向性之间的关系相关的技术，设置在目标方向上具有指向性的微波放射部104，能够改善加热室101内的不均匀的微波分布。

接着，说明图5示出的解析结果的解析条件。

在本解析中，假定了传送H波（TE波；横电波传送Transverse Electric Wave）的TE10模式这一传送模式的微波的情况，TE10模式是如下的传送模式，使用矩形波导管作为波导部103来传送从作为微波产生部的磁控管产生的微波，在该矩形波导管的传送方向（参照图4中的箭头X）上，仅存在磁场成分，而不存在电场成分。

另外，基本不将TE10模式以外的传送模式应用于微波加热装置的波导部103。另外，矩形波导管的与传送方向以及电场方向垂直的方向（参照图4中的箭头Y）的尺寸的上限和下限通过微波的频率、和该矩形波导管的电场方向（参照图3中的箭头Z）的尺寸确定。

此外，为了将放射方向改变90°所需的微波放射部104的移动距离为管内驻波的大约半波长的量。

图6是实施方式2的微波加热装置中的微波放射部104的具体开口形状的说明图。图6所示的微波放射部104以两条直线状的开口即狭缝（开口）交叉的方式构成，至少1条狭缝的长度方向（图6中是示出长度L的方向）是相对于波导部103中的传送方向X倾斜的形状。另外，在图6中，将构成微波放射部104的狭缝的长度方向的长度设为L、该狭缝的宽度长设为了S。

如图6所示，作为上述解析结果的解析条件，微波放射部104的开口形状使两条狭缝在各狭缝的中央以垂直的方式交叉，成为了使狭缝的长度方向相对于传送方向X倾斜45°的结构。

另外，微波放射部104的数量是1个，各狭缝的长度L是55mm，矩形波导管的厚度（高度）是30mm，指向性的显示数据是有效放射功率。

图7是示出基于上述解析结果而构成的本发明的实施方式2的微波加热装置中的设置于波导部103的微波放射部104相对于加热室101的配置结构例的俯视图。如图7所示，波导部103具有向加热室101内放射圆偏振波的多个微波放射部104。波导部103与加热室101之间的位置关系构成为：在从上方观察加热室101的状态下，波导部103的与传送方向（图7中的朝右方向）平行的中心轴P的垂直线上（铅垂线上）不包含设置了波导部103的加热室101的加热空间的中心点O的偏心状态。在上述结构中，在波导部103中的以与传送方向平行的中心轴P为边界的两侧区域中，即在与加热室101相对的管壁面的以所述中心轴P为边界的背面侧区域和前面侧区域中，分别设置有多个微波放射部104。在背面侧区域中，在波导部103内的驻波的“波节”位置处配置有两个微波放射部104，在前面侧区域中，在波导部103内的驻波的“波腹”位置处配置有3个微波放射部104。

通过如上述那样配置多个微波放射部104，波导部103中的背面侧区域的微波放射部104分别进行在管轴方向（图7中的左右方向）上具有指向性的微波放射。另一方面，波导部103中的前面侧区域的微波放射部104分别进行在与管轴方向垂直的方向（图7中的上下方向）上具有指向性的微波放射。此外，来自前面侧区域的微波放射部104的微波放射量的总量比来自背面侧区域的微波放射部104的微波放射量的总量多，因此成为在前面侧从微波放射部104向该加热室101进行较多的微波放射的结构。其结果，在如上述那样构成的实施方式2的微波加热装置中成为能够实现对被加热物的均匀加热的结构。

另外，作为图6所示的由两条直线状的狭缝构成的放射圆偏振波的微波放射部104的最佳形状的条件，可列举以下3点。

第一点是，各狭缝的长度方向的长度L为在波导部103内传送的微波的管内波长（λg）的1/4以上。

第二点是，两条狭缝相互在中心处垂直、以及各狭缝的长度方向相对于传送方向X倾斜了45°。

第三点是，将与波导部103的传送方向X平行且通过微波放射部104中心的直线作为对称轴，波导部103中的电场分布不是轴对称的。例如，在如专利文献2所示那样以TE10模式传送微波的情况下，电场以波导部中的与传送方向平行的中心轴（管轴）为对称轴在波导部内进行了分布。因此，条件是，微波放射部104的开口形状以不关于波导部103中的传送方向X的中心轴P（管轴）轴对称的方式进行配置（不对称配置）。

接着，说明产生圆偏振波的微波放射部104的其他形状。这里特别说明由至少两条以上的狭缝构成的微波放射部104的结构。

图8是示出本发明的实施方式2的微波加热装置中的产生圆偏振波的微波放射部104的其他结构的图，是示出在波导部103中的与加热室101相对的管壁面形成的状态的俯视图。在图8中，作为微波放射部104的其他结构，示出了由两条以上的直线状的狭缝（开口）构成、且放射圆偏振波的微波放射部104的不同的形状例。

如图8的（a）～（f）所示，微波放射部104由两条以上的呈直线状开口的狭缝构成，只要是其中的至少1条狭缝呈长度方向相对于微波的传送方向X倾斜的形状即可。因此，可以如图8的（e）和（f）所示那样是狭缝不交叉的形状、或者如图8的（d）所示那样是由3条狭缝构成的形状。

接着，对在由两条以上的狭缝构成的微波放射部104中，通过增减狭缝的开口面积，调整从波导部103经由微波放射部104放射到加热室101的微波放射量的方法进行说明。

在缩短了狭缝的长度方向的长度（图6中的长度L）的情况、或者缩短了狭缝的宽度方向的长度（图6中的长度S）的情况下，从微波放射部104放射的微波的放射量减少。反之，在增长了各个长度的情况下，从微波放射部104放射的微波的放射量增加。

因此，在如上述那样波导部103相对于加热室101偏心的情况、或者加热室101内的由内壁面构成的加热空间的形状是不对称的情况下，为了实现被加热物的均匀加热，需要与各个结构对应，调整从波导部103中的所有微波放射部104放射的微波的合成波的指向性。如上所述，能够通过增减微波放射部104的各个开口的面积，变更从微波放射部104放射的微波的总量。因此，能够调整从波导部103中的所有微波放射部104放射的微波的合成波的指向性。

例如，考虑如下情况：在波导部103的与传送方向X平行的中心轴P的两侧区域（前面侧区域和前面侧区域）中对称地配置两个微波放射部104，波导部103相对于加热室101的加热空间的中心点O配置于偏心的位置处。

该情况下，当以关于波导部103中的与传送方向X平行的中心轴P对称的方式配置相同数量的开口面积相等的微波放射部104时，随着与微波产生部（例如磁控管）的距离变远，基本上微波的强度减弱，因此难以对放置于加热室101内的中央的被加热物进行均匀加热。

因此，在将波导部103中的与传送方向X平行的中心轴P认作边界的情况下，能够通过将配置于加热室101的前面侧（加热空间的中心侧）的微波放射部104的狭缝的长度方向的长度L和/或狭缝的宽度方向的长度S设为比位于相反侧即背面侧的微波放射部104长，使加热室101的前面侧（中心侧）的微波放射量增加。

图9是示出变更实施方式2的微波加热装置中的微波放射部104的结构后的例子的俯视图。在图9所示的结构中，在加热室101内，放射圆偏振波的多个微波放射部104形成于波导部103，波导部103相对于加热室101是偏心的。在图9中如左侧的微波放射部104所示，例如能够通过将配置于加热室101的前面侧（中心侧）的微波放射部104的狭缝的长度方向的长度L设为比背面侧的微波放射部104长（粗），由此相比背面侧的微波放射部104增加加热室101的前面侧（中心侧）的微波放射量。

此外，在图9中如右侧的微波放射部104所示，能够通过将配置于加热室101的前面侧（中心侧）的微波放射部104的狭缝在宽度方向上的长度S设为比背面侧的微波放射部104长（粗），由此相比背面侧的微波放射部104增加加热室101的前面侧（中心侧）的微波放射量。

如上所述，通过如图9所示的结构那样将微波放射部104的开口形状选择为期望的形状，成为能够改善加热室101内的不均匀的微波分布的结构。

另外，微波放射部104放射的微波的放射量能够根据用求出十字定向耦合器的耦合度C的下述（数1）所示的式子确定，其中，该微波放射部104具有上述图6和图9所示的使两条狭缝在各自的中央处垂直、并使狭缝的长度方向相对于波导部103中的传送方向X倾斜45°的形状。其中，十字定向耦合器的耦合度C是指从波导部103经过微波放射部104向加热室101放射的微波的放射率。

【数式1】

$C=-20{\log }_{10}[2\mathrm{\πM}/a^{2}b\×1/(1-f^2/{\mathrm{fr}}^2)\×\sin (2\mathrm{\π}{X}_0/a)\×\sin (4\mathrm{\π}{X}_0/{\mathrm{\λ}}_g)]+27.3\sqrt{1-{(4p/\mathrm{\λ})}^2}\×(t/2p)---\left[\mathrm{dB}\right]$

其中，

a：矩形波导管的长边尺寸[mm]

b：矩形波导管的短边尺寸[mm]

p：狭缝的长半径（狭缝在长度方向上的长度的1/2）[mm]

q：狭缝的短半径（狭缝在宽度方向上的长度的1/2）[mm]

t：波导管耦合面的板厚[mm]

λg：管内波长[mm]

λ：自由空间中的波长[mm]

X₀：波导管轴与微波放射部的中心间距离[mm]

f：微波产生部的振荡频率[Hz]

fr：狭缝的谐振频率（如果p>>q，则fr=c/(4p-1.092q)[Hz]，c：光速（≒3×10¹¹）mm））

M：狭缝的长轴方向的极化率（M=πp³/3[log_e(4p/q)-1]）

接着，参照图6说明对由两条以上的狭缝构成的微波放射部104实施的R倒角加工和C倒角加工。

微波具有集中到拐角和前端的尖的部分的性质。因此，当在狭缝的交叉部分A（参照图6）或狭缝的末端部分B（参照图6）存在拐角或尖的部分时，电场集中到该部分并发热。在电场这样集中时，产生能量损耗，因此被加热物的加热效率降低，从而最终使微波加热装置的可靠性降低。

而例如上述图6所示，能够通过在使直线状的两条狭缝交叉而构成的微波放射部104的狭缝的交叉部分A、或狭缝的末端部分B，实施R倒角加工（图6中为标号R部分）或C倒角加工（图6中为标号T部分），减少微波放射部104中的电场集中引起的能量损耗。其结果，具有这样加工而成的微波放射部104的微波加热装置能够提高对被加热物的加热效率，并且能够改善微波加热装置的可靠性。

本发明的微波加热装置通过调整设置在加热室内的放射圆偏振波的多个微波放射部的数量、形状和配置，由此对配置在加热室内的被加热物实现均匀的微波加热。此外，通过将微波放射部设为由两条以上的狭缝构成的形状，即使不设置使天线旋转的机构、使工作台旋转的机构和相位器等，也能够对被加热物均匀地进行微波加热，能够实现供电部的小型化、可靠性的提高和制造成本的降低。

产业上的可利用性

本发明的微波加热装置能够向被加热物均匀地照射微波，因此能够有效利用于进行食品的加热加工或杀菌等的微波加热装置等。

标号说明

101：加热室

102：微波产生部

103：波导部

104：微波放射部

O：加热室内的加热空间的中心点

L：微波放射部的狭缝的长度方向的长度

S：微波放射部的狭缝的宽度方向的长度（粗细）

P：波导部中的传送方向的中心轴

X：波导部的传送方向

Y：波导部中的分别与传送方向和电场方向垂直的方向（宽度方向）

Z：波导部中的电场方向

Claims (11)

1.一种微波加热装置，该微波加热装置构成为具有：

收纳被加热物的加热室；

产生微波的微波产生部；

传送微波的波导部；以及

多个微波放射部，它们向所述加热室内放射圆偏振波，

所述波导部配置成，在所述波导部中的与传送方向平行的中心轴的垂直线上，不包含所述加热室内的加热空间的中心点，

从各所述微波放射部放射的微波的合成波具有向所述加热空间的中心侧放射微波多的指向性。

2.根据权利要求1所述的微波加热装置，其中，

所述多个微波放射部配置成，关于所述波导部中的与传送方向平行的中心轴不是轴对称的。

3.根据权利要求1或2所述的微波加热装置，其中，

所述多个微波放射部中的至少1个微波放射部构成为，相比其他微波放射部，朝特定方向放射更多微波。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的微波加热装置，其中，

在所述波导部中的关于所述加热室的相对面中，以所述波导部中的与传送方向平行的中心轴为边界而分别设置于该边界两侧的区域中的微波放射部构成为，从所述中心轴到所述微波放射部的中心的距离不同。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的微波加热装置，其中，

在所述波导部中的关于所述加热室的相对面中，对于以所述波导部中的与传送方向平行的中心轴为边界而设置于该边界两侧的多个微波放射部，将离所述加热空间的中心点近的一侧的所述微波放射部的数量设定得比离所述加热空间的中心点远的一侧的微波放射部的数量多。

6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的微波加热装置，其中，

在所述波导部中的关于所述加热室的相对面中，以所述波导部中的与传送方向平行的中心轴为边界而设置于该边界两侧的多个微波放射部中的离所述加热空间的中心点近的一侧的所述微波放射部形成于所述波导部内产生的驻波的波腹的位置处。

7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的微波加热装置，其中，

该微波加热装置构成为，至少1个微波放射部由两条以上狭缝的组合构成，该微波放射部中的至少1条狭缝的长度方向相对于所述波导部中的传送方向倾斜，从所有微波放射部放射的微波的合成波具有朝特定方向放射微波多的指向性。

8.根据权利要求7所述的微波加热装置，其中，

该微波加热装置构成为，由狭缝构成的所述微波放射部的狭缝在长度方向上的长度根据所述波导部中的与传送方向以及电场方向垂直的方向上的位置而不同。

9.根据权利要求7所述的微波加热装置，其中，

该微波加热装置构成为，由狭缝构成的所述微波放射部的狭缝在宽度方向上的长度根据所述波导部中的与传送方向以及电场方向垂直的方向上的位置而不同。

10.根据权利要求7所述的微波加热装置，其中，

由狭缝构成的所述微波放射部的狭缝的交叉部分实施了R倒角加工或C倒角加工。

11.根据权利要求7所述的微波加热装置，其中，

由狭缝构成的所述微波放射部的狭缝的末端部分实施了R倒角加工或C倒角加工。

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