JP2000150137A5 - - Google Patents

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【０００４】
ここで、加熱室内のマイクロ波は、加熱室の形状と、加熱室と導波管の結合部に形成される給電開口部の位置によって、何らかの定在波を生じる。電子レンジでは、周波数ｆが一定（主として約２４５０ＭＨｚ）であるから定在波分布も一定となり、食品の加熱分布は概ね定在波分布によって決まるため、定在波分布に従った加熱むらを生じる。
【０００５】
食品が加熱室内に無くて、加熱室が直方体の場合は、加熱室を空胴共振器と考えることができて、加熱室の寸法と給電開口部の位置により、立ちうる定在波分布を求めることができる。通常、加熱室形状を三次元で表し、各方向の寸法をｘ、ｙ、ｚとする時、それぞれの方向に電界の強いところ（定在波の腹）を数えてｍ、ｎ、ｐだけあれば、そのモードは（ｍｎｐ）であるという。モードは（数２）を満たすｍ、ｎ、ｐの組合せとなる。（ｘ、ｙ、ｚはｍｍ単位、ｍ、ｎ、ｐは整数、ｆ＝２４５０ＭＨｚの場合は波長λｏ≒１２２ｍｍ）
【０００６】
【数２】

【０００７】
たとえばλｏ＝１２２ｍｍでモード（４３１）をたてようと思えば、（数２）をほぼ満たす寸法のｘ＝３３０ｍｍ、ｙ＝３００ｍｍ、ｚ＝２１５ｍｍなどを選ぶことができる。ただし、一般的な電子レンジの寸法では、同時に（数２）を満たすモードが複数個考えられるのが普通である。
【０００８】
次に給電開口部の位置によるモードの限定について説明する。給電開口部から加熱室へマイクロ波が出る場合、給電開口部を挟み込むような逆向きの強電界が生じるため、給電開口部の中央は電界が弱く（定在波の節）なるような状態が安定となる。よって給電開口部の中央が定在波の腹となるようなモードは起こりにくくなり、モードを限定することができる。
【０００９】
一方、食品がある場合は、食品の誘電率による波長圧縮の影響などで（数２）からずれが生じることも知られている。
【００１０】
さて以上のような原理に基づいて生じる定在波分布に対して、被加熱物の加熱の均一化を図る手段として、一般的には電波攪拌方式、被加熱物回転方式、複数給電方式あるいは加熱室壁面の凹凸形状などが実用化されている。
【００１１】
電波攪拌方式は、加熱室内に設けた金属性の板状羽根を回転駆動させる構成からなる。この方式は、マイクロ波空間を形成する金属境界面や被加熱物の表面で反射を繰り返しながら伝搬しているマイクロ波が金属性の板状羽根によっても反射する。この金属性の板状羽根からのマイクロ波の反射は、板状羽根が無い場合と比べて、マイクロ波空間内でのマイクロ波の伝搬経路を増加させるものであり、被加熱物全体にマイクロ波を乱反射させて被加熱物の加熱の均一化を促進させるものである。
【００１２】
被加熱物回転方式は、被加熱物を載置するターンテーブルを回転駆動させる構成からなる。この方式では、マイクロ波空間構造とその内部に収納した被加熱物の種類や形状等により決定されたマイクロ波空間内に生じるマイクロ波の伝搬分布に対して、被加熱物の方を移動させ被加熱物全体にマイクロ波を伝搬させ被加熱物の加熱の均一化を促進させるものである。
【００１３】
複数給電方式は、加熱室を形成する金属境界面の複数の個所からマイクロ波を給電する構成からなる。この方式は、単一の給電と比べて最も大きな特徴は、位相の異なった複数のマイクロ波が加熱室内に給電されることである。位相の異なるマイクロ波を伝搬させることにより、上記電波攪拌方式と同様に加熱室内にマイクロ波の乱反射状態を生じさせるものである。
【００１４】
加熱室壁面の凹凸形状方式は、加熱室を形成する金属境界面に凹凸を設けた構成からなる。この方式は、凹凸を有する金属境界面によってマイクロ波を乱反射させるものである。
【００１５】
さらに加熱の均一化を図るその他の方法として、加熱分布を推定できるような何らかの情報を検出し、検出結果に応じてマイクロ波の放射方向を制御するものがある。
【００１６】
特開平８−３２１３７８号公報には、ターンテーブルと、ターンテーブル下の回転アンテナ（あるいは回転導波管）を有し、被加熱物の温度や重量などの検出結果に基づいて、各々の位置制御を行う例が示されている。
【００１７】
特開平１０−１７２７５０号公報には、同様の検出結果に基づいて、ターンテーブルは無くても、複数の放射アンテナを切り替えてかつ位置制御することで任意の部位を加熱できる例が示されている。
【００１８】
これら２件の例は、マイクロ波によって発生した加熱むらを補うように、指向性のあるマイクロ波の放射手段を制御するので、均一化の効果が極めて高いものである。
【００１９】
また被加熱物の加熱の効率化を図る手段として、可変マッチング方式がある。
【００２０】
可変マッチング方式は、マグネトロンが放射したマイクロ波を導波管を介して加熱室に供給する際、導波管内に可変マッチング素子を配置し、操作キーや検知手段に基づいて被加熱物に関する情報（量、大きさ、形状など）を推定し、最もマッチングが取れる（マイクロ波のマグネトロンへの反射をできるだけ少なくして効率的に加熱室へ伝送する）ように可変マッチング素子の位置を制御するものである。
【００２１】
特開平５−２６６９７６号公報には、ポスト状の可変マッチング素子を、加熱室上面に配置した導波管内で平行移動させて位置制御する例が示されている。
【００２２】
また特開平６−１０４０７８号公報には、金属板からなる可変マッチング素子を、加熱室上面に配置した導波管内で回転または停止させて位置制御する例が示されている。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電波攪拌方式のマイクロ波空間は、金属性板状羽根によって反射されるマイクロ波をマイクロ波空間内に均一に乱反射させることに物理的限界がある。これは、マイクロ波の伝搬速度に対して、金属性板状羽根の回転速度があまりに遅いことによるものであり、金属性板状羽根の回転速度を制御したとしても被加熱物全体に均一にマイクロ波を伝搬させることは非常に難しい。従って、被加熱物の種類や量によっては、不測の不均一な加熱分布が生じることを抑制することが難しいという問題を有していた。
【００２４】
また、被加熱物回転方式は、被加熱物の種類や量によってマイクロ波空間内に生じるマイクロ波分布は自ずと決まってしまうため、一つの被加熱物に対応して生じたマイクロ波分布がその被加熱物を均一に加熱することに対して不適であってもその電磁波分布を変更することができないという問題を有していた。
【００２５】
また、複数給電方式は、理想的な挙動としては前述したとおりであるが、一つの給電部から放射されるマイクロ波の挙動が他の給電部から放射されたマイクロ波からの影響を受ける。このため、給電部が複数個あっても、その複数の給電構成によって決定される特定のマイクロ波伝搬がマイクロ波空間内に生じるので、被加熱物の種類や量によっては、不測の不均一な加熱分布が生じることを抑制することが難しいという問題を有していた。
【００２６】
また、マイクロ波空間壁面の凹凸形状構造は、被加熱物の加熱の均一化を促進できうる乱反射をマイクロ波空間内に生じさせるには、壁面全体にいわゆるゴルフボールのディンプルのような凹凸を配するとともにそのディンプルの深さ寸法あるいは突出寸法を使用するマイクロ波の波長に対して無視できない寸法、例えば１／１０波長寸法以上にすることが必要である。この結果、マイクロ波空間の構成が複雑となり実用性に難しい構成を強いられるという問題を有していた。
【００２７】
また、加熱分布を推定できるような何らかの情報を検出し、検出結果に応じてマイクロ波の放射方向を制御するものは、加熱の均一化という面では理想的である。しかし、マイクロ波の放射方向を制御するために、ターンテーブルや回転アンテナや回転導波管を組み合わせたり、複数個用いたりしなければならない。また、回転アンテナや回転導波管を導体を用いて構成してマイクロ波を供給する場合、長さは少なくとも１／４波長以上（半波長ダイポールアンテナ等は半波長）必要である上、回転アンテナや回転導波管に給電するための構成も必要である。加えて、大きなエネルギーのマイクロ波を放射する手段を駆動することになるので、安全性や信頼性を確保するための工夫（たとえばスパークを防止するために、アンテナと加熱室壁面との距離をとらないといけないとか）も必要である。よって構成が大掛かりで複雑になるという問題を有していた。また同様に、安全性や信頼性を確保するための検討に手間がかかるという問題を有していた。
【００２８】
さらに、可変マッチング方式は、マグネトロンと加熱室の間でマイクロ波が反射してマグネトロンに戻ってしまうのを防ぐために、マグネトロンと加熱室の間（導波管内）に可変マッチング素子を配置しなければならない。そして被加熱物に応じて可変マッチング素子の位置を制御する事で加熱の効率化を図るので、被加熱物に関する情報を得るためには必ず操作キーや検出手段と連動して位置制御しなければならない。さらに可変マッチング方式は、根本的な問題として、マグネトロンから加熱室内へ伝送されるマイクロ波の量を変える事はできるが、加熱分布を変えるものではなく、加熱分布の均一化を図ることはできないという問題を有していた。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記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、導波管と、前記導波管を介して前記加熱室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、前記加熱室の底面を形成する金属面に設けた開口部と、記開口部のインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変手段からなるマイクロ波加熱装置であって、前記インピーダンス可変手段は、前記開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、前記溝部内の誘電体と、前記誘電体からなる可動部を駆動し、前記溝部内を伝搬するマイクロ波の伝搬条件を変化させる駆動手段とを備えている。
【００３０】
上記発明によれば、マイクロ波供給手段から加熱室内に供給されたマイクロ波により、加熱室を形成する金属面に生じる高周波電流の流れは開口部によって流れが分断されるので、マイクロ波は開口部に接続したインピーダンス可変手段の溝部内へ伝搬する。溝部を伝搬するマイクロ波は溝部の終端まで伝搬し、この終端で反射して再び開口部を経て加熱室内を伝搬する。溝部内のマイクロ波伝搬経路の途中に設けた誘電体からなる可動部は、溝部内のマイクロ波伝搬条件を変化させる。このマイクロ波伝搬条件を変化させることで開口部に生じるインピーダンス値を零から理想的には無限大まで変えることができる。
【００３１】
この開口部は高周波電流の流れを分断するように設けられており、開口部のインピーダンスを零にすると、高周波電流の流れは分断されない。一方、開口部のインピーダンスを無限大にすると高周波電流は全く流れなくなる。開口部のインピーダンスの変化は、加熱室に生じうるマイクロ波分布を変化させる。また、開口部に入射するマイクロ波の入射波と反射波との位相差は、開口部のインピーダンスが零の場合１８０度であり、開口部のインピーダンスが無限大の場合０度となる。従って開口部のインピーダンスを変えることで加熱室内にマイクロ波を多重伝搬させ、さまざまなマイクロ波分布を形成させることができ、被加熱物全体の加熱の均一化を促進させることができる。特に本発明では、開口部を加熱室の底面に設けており、被加熱物と近い位置でインピーダンスを変化させるので、最も効果的に被加熱物の加熱分布を変えることができ、被加熱物全体の加熱の均一化を最も促進させることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
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、導波管と、前記導波管を介して前記加熱室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、前記加熱室の底面を形成する金属面に設けた開口部と、記開口部のインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変手段からなるマイクロ波加熱装置であって、前記インピーダンス可変手段は、前記開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、前記溝部内の誘電体と、前記誘電体からなる可動部を駆動し、前記溝部内を伝搬するマイクロ波の伝搬条件を変化させる駆動手段を備えている。
【００３３】
そして、マイクロ波供給手段から加熱室内に供給されたマイクロ波により、加熱室を形成する金属面に生じる高周波電流の流れは開口部によって流れが分断されるので、マイクロ波は開口部に接続したインピーダンス可変手段の溝部内へ伝搬する。溝部を伝搬するマイクロ波は溝部の終端まで伝搬し、この終端で反射して再び開口部を経て加熱室内を伝搬する。溝部内のマイクロ波伝搬経路の途中に設けた可動部は、溝部内のマイクロ波伝搬条件を変化させる。このマイクロ波伝搬条件を変化させることで開口部に生じるインピーダンス値を零から理想的には無限大まで変えることができる。
【００３４】
この開口部は高周波電流の流れを分断するように設けられており、開口部のインピーダンスを零にすると、高周波電流の流れは分断されない。一方、開口部のインピーダンスを無限大にすると高周波電流は全く流れなくなる。開口部のインピーダンスの変化は、加熱室に生じるマイクロ波分布を変化させる。また、開口部に入射するマイクロ波の入射波と反射波との位相差は、開口部のインピーダンスが零の場合１８０度であり、開口部のインピーダンスが無限大の場合０度となる。
【００３５】
従って、開口部のインピーダンスを変えることで加熱室内にマイクロ波を多重伝搬させ、さまざまなマイクロ波分布を形成させることができ、被加熱物全体の加熱の均一化を促進させることができる。特に本発明では、開口部を加熱室の底面に設けており、被加熱物と近い位置でインピーダンスを変化させるので、最も効果的に被加熱物の加熱分布を変えることができ、被加熱物全体の加熱の均一化を最も促進させることができる。
【００３６】
また、マイクロ波加熱装置は、開口部上に加熱室の底面全体を覆う被加熱物載置用の載置台を有している。
【００３７】
そして、載置台が底面全体を覆うので、ターンテーブルを用いた時のようなコーナー部のデッドスペースがなく、被加熱物をどこにでも置くことができたり、底面と同等のサイズの被加熱物を置いて、加熱の均一化を図る事ができる。加えて、載置台が開口部を塞ぐ役割をも果たすので、専用の開口部用のカバーを不要にできる。
【００３８】
また、マイクロ波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、前記加熱室を形成する金属面に設けた開口部と、前記開口部のインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変手段とを有し、前記開口部の位置は、前記開口部が無い場合に前記加熱室内に生じる定在波の節の位置としている。
【００３９】
そして、開口部の位置は、開口部が無い場合に加熱室内に生じる定在波の節の位置としており、定在波の節の位置では基本的に電界が弱いので、開口部の電界も弱くなり、インピーダンス可変手段への電界集中を避ける事ができる。従って安全性、信頼性の高い均一加熱ができる。
【００４０】
また、請求項４のマイクロ波加熱装置は、開口部の位置は、実用的な被加熱物において、前記開口部が無い場合に加熱室内に生じる定在波の節の位置としている。
【００４１】
そして、被加熱物の大きさや形状や誘電特性によっては定在波が変化する可能性があるが、実用的な被加熱物において加熱室内に生じる定在波の節の位置に開口部を設けるので、確実にインピーダンス可変手段への電界集中を避ける事ができる。従って安全性、信頼性の高い均一加熱ができる。
【００４２】
また、マイクロ波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、前記加熱室を形成する金属面に設けた開口部と、前記開口部のインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変手段とを有し、前記インピーダンス可変手段は、前記開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、前記溝部内で回転可能な板状の誘電体からなる可動部と、前記可動部を回転駆動する駆動手段とを有し、前記誘電体の幅広面が前記溝部の深さ方向に対して垂直な時に前記開口部のインピーダンスを零または零に近い値としている。
【００４３】
そして、可動部が溝部の深さ方向に対して垂直（この状態を可動部の基準の角度０とする）の時に開口部のインピーダンスを零または零に近い値とするので、可動部の角度が０から変化するにつれて溝部内のマイクロ波の実効長が短くなっていき、開口部のインピーダンスがずれて増えていく。従って開口部のインピーダンスを容易に零以上で変化させる事ができ、加熱の均一化を促進させることができる。
【００４４】
また、マイクロ波加熱装置は、可動部が溝部の深さ方向に対して垂直な時に、前記溝部内に定在波を１個たてることで開口部のインピーダンスを零または零に近い値としている。
【００４５】
そして、開口部のインピーダンスを零または零に近い値にするためには、溝部内の定在波を１以上の自然数個たてれば良いが、溝部内に定在波を１個たてるので、最も深さの浅い溝部で開口部のインピーダンスを零または零に近い値にできる。すなわち、最も小型の構成で加熱の均一化を促進させることができる。
【００４６】
また、マイクロ波加熱装置は、可動部が溝部の深さ方向に対して水平な時に開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値としている。
【００４７】
そして、可動部が垂直の時に開口部のインピーダンスを零または零に近い値として、かつ水平の時に開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値とするので、可動部の角度により開口部のインピーダンスを零または零に近い値から無限大または無限大に近い値の全範囲で変化させる事ができ、任意のインピーダンスでより一層加熱の均一化を促進させることができる。
【００４８】
また、マイクロ波加熱装置は、可動部が溝部の深さ方向に対して水平な時に、前記溝部内に定在波を１／２個たてることで開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値としている。
【００４９】
そして、開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値にするためには、溝部内の定在波を（２ｎ−１）／２個（ただしｎは１以上の自然数）たてれば良いが、溝部内に定在波を１／２個たてるので、最も深さの浅い溝部で開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値にできる。すなわち、最も小型の構成で加熱の均一化を促進させることができる。
【００５０】
さらに、マイクロ波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、前記加熱室を形成する金属面に設けた開口部と、前記開口部のインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変手段とを有し、前記インピーダンス可変手段は、前記開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、前記溝部内の誘電体からなると、前記可動部を駆動する駆動手段とを有し、前記溝部は、深さが１／４波長に満たない導波管形状で構成している。
【００５１】
そして、インピーダンス可変手段が、開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、溝部内の誘電体からなる可動部と、可動部を駆動する駆動手段とを有し、溝部を、深さが１／４波長に満たない導波管形状としたので、従来の回転アンテナや回転導波管の常識では考えられない極めて小さな構成で開口部のインピーダンスを変化させて、加熱の均一化を促進させることができる。
【００５２】
【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。
【００５３】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１を示すマイクロ波加熱装置の概要を説明するためのブロック図である。被加熱物１を加熱室２に収納し、マイクロ波供給手段３から加熱室２にマイクロ波を供給し、加熱室２の底面４を形成する金属面に開口部５を設けている。インピーダンス可変手段６は、開口部５のインピーダンスを変更可能なもので、開口部５に接続されて終端が閉じられた溝部７の中に駆動自在な誘電体からなる可動部８を構成し、駆動手段９により可動部体８を駆動することで開口部５のインピーダンスを変更し、さまざまな加熱分布を発生させて均一化を図っている。
【００５４】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２を示し、マイクロ波加熱装置として代表的な電子レンジの要部構成断面図である。食品などに代表される被加熱物１を、加熱室２の底面４全体を覆う載置台１０上に載置し、代表的なマイクロ波供給手段であるマグネトロン１１からのマイクロ波を導波管１２を介して加熱室２に供給し、被加熱物１を加熱している。導波管１２と加熱室２の結合は給電開口部１３にて行い、マイクロ波が透過可能な給電開口カバー１４が給電開口部１３を塞いでいる。加熱室２の底面４を形成する金属面に開口部５を設け、インピーダンス可変手段６により開口部５のインピーダンスを変更可能としている。インピーダンス可変手段６は、開口部５に接続されて終端が閉じられた溝部７の中に駆動自在な低誘電損失材料の誘電体からなる可動部８を構成し、代表的な駆動手段であるステッピングモータ１５により可動部８を回転駆動させている。
【００５５】
インピーダンス可変手段６の作用については、加熱室２内のマイクロ波により、加熱室２の底面４を形成する金属面に生じる高周波電流の流れは開口部５によって流れが分断されるので、マイクロ波は開口部５に接続したインピーダンス可変手段６の溝部７内へ伝搬する。溝部７を伝搬するマイクロ波は溝部７の終端１６まで伝搬し、この終端で反射して再び開口部５を経て加熱室２内を伝搬する。溝部７内のマイクロ波伝搬経路の途中に設けた可動部８は、溝部７内のマイクロ波伝搬条件を変化させる。このマイクロ波伝搬条件を変化させることで開口部５に生じるインピーダンス値を理想的には零から無限大まで変えることができる。
【００５６】
この開口部５は高周波電流の流れを分断するように設けられており、開口部５のインピーダンスを零にすると、高周波電流の流れは分断されない。一方、開口部５のインピーダンスを無限大にすると高周波電流は全く流れなくなる。開口部５のインピーダンスの変化は、加熱室２に生じうるマイクロ波分布を変化させる。
【００５７】
また、開口部５に入射するマイクロ波の入射波と反射波との位相差は、開口部５のインピーダンスが零の場合１８０度であり、開口部５のインピーダンスが無限大の場合０度となる。従って開口部５のインピーダンスを変えることで加熱室２内にマイクロ波を多重伝搬させる事で、さまざまな加熱分布を発生させて均一化を図っている。
【００５８】
本実施例では、底面４に開口部５を設けているので、被加熱物１と近い位置でインピーダンスを変化させるので、最も効果的に加熱分布を変える事ができ、均一化を最も促進させる事ができる。
【００５９】
また本実施例では、載置台１０が底面４全体を覆うので、ターンテーブルを用いた時のようなコーナー部のデッドスペースがなく、被加熱物１をどこにでも置くことができたり、底面４と同等のサイズの被加熱物１を置いて、加熱の均一化を図る事ができる。加えて、載置台１０が開口部５を塞ぐ役割も果たすので、専用の開口部用のカバーを不要にできる。
【００６０】
また本実施例では、溝部７を開口部５から直下に伸ばすのではなく左側に折り曲げた位置に終端１６を構成している。この構成により溝部７の高さ方向の寸法を薄くできる効果がある。
【００６１】
また本実施例では、ステッピングモータ１５により可動部８を回転駆動させるので、可動部８の幅広面が終端１６に対する角度（溝部の深さ方向に対する角度）を垂直状態１７にしたり、水平状態１８にしたり、あるいは中間の角度にしたりと、容易に精度良く位置決めする事ができる。この構成により加熱分布をこまやかに変更できる効果がある。
【００６２】
さらに本実施例では、制御手段１９が、操作キーに代表されるような使用者が設定する設定手段２０により、ステッピングモータ１５による可動部８の位置制御と、マグネトロン１１からのマイクロ波の発振制御を行うものである。この構成により加熱分布と加熱出力（あるいは加熱時間）の双方を組み合わせて制御できるので、使用者の希望に合った加熱分布を実現できる効果がある。
【００６３】
（実施例３）
図３は本発明の実施例３を示すマイクロ波加熱装置の構成図である。加熱室２のｘ、ｙ、ｚ方向の電界の強いところ（定在波の腹）を破線２１ａ、２１ｂ、それぞれの電界の向きを２２ａ、２２ｂとして示しており、モードは（２０１）である。図中２３ａ、２３ｂ、２３ｃは開口部としてふさわしい位置を示しており、それぞれ定在波の節の位置と言える。開口部２３ａは、ｘ−ｚ平面の定在波の腹２１ａ、２１ｂの中間の位置なので定在波の節である。開口部２３ｂのｙ−ｚ平面と開口部２３ｃのｘ−ｙ平面には定在波の腹／節が無く、面全体が電界の節である。
【００６４】
本実施例では、開口部２３ａ、２３ｂ、２３ｃを定在波の節の位置に構成しており、開口部近傍の電界が弱いため、インピーダンス可変手段への電界の集中を避ける事ができる。従って安全性、信頼性の高い均一加熱ができる。
【００６５】
（実施例４）
図４は本発明の実施例４を示す電子レンジの要部構成断面図である。前述の実施例で示した符号と同一符号で同一機能のものについては一部説明を省略する。本実施例では、開口部５やインピーダンス可変手段６を天面に構成し、開口部５を開口カバー２４で覆う構成としている。開口部５は、被加熱物１が有る状態での天面上の定在波の腹２５ａ、２５ｂの中間に位置し、すなわち定在波の節の位置に構成していると言える。ちなみに図中のモードはｘ方向に３、ｙ方向に１である。
【００６６】
本実施例では、被加熱物１が有る状態での定在波の節の位置に開口部５を設けるので、確実にインピーダンス可変手段６への電界集中を避ける事ができる。従って安全性、信頼性の高い均一加熱ができる。
【００６７】
また本実施例では、ターンテーブル２６上に被加熱物１を載置しており、ターンテーブル２６はシャフト２７を介してモータ２８により回転駆動されている。また温度検知手段２９は被加熱物の温度分布を検出するもので、制御手段３０は、温度検出手段２９からの信号により、駆動手段９やモータ２８の駆動制御とマグネトロン１１の発振制御を行うものである。発生する温度分布を見ながら分布を変えるので、被加熱物毎に適切な均一加熱ができる。
【００６８】
（実施例５）
図５〜図７に本発明の実施例５を示す。
【００６９】
図５、図６はインピーダンス可変手段の構成図である。前述の実施例で示した符号と同一符号で同一機能のものについては一部説明を省略する。図５は可動部８の幅広面が溝部７の深さ方向に対して垂直な状態、図６は可動部８の幅広面が溝部７の深さ方向に対して水平な状態を示し、（ａ）は溝部７の幅広面を見た上面図、夫々（ｂ）は夫々の（ａ）のＡ−Ａ’縦断面図を示している。本実施例では、溝部７は直方体であり、長方形の開口部５の長辺ａ＝８０ｍｍ、短辺ｂ＝３０ｍｍのまま終端１６まで深さＬ＝４１．５ｍｍだけ引き伸ばした形状としている。また可動部８は、長辺ｃ＝７８ｍｍ、短辺ｄ＝２７ｍｍ、厚さｔ＝６．２ｍｍで、可動部８の中心は終端１６から距離ＬＢ＝２０ｍｍの位置にある。また可動部８の材料として低誘電損失のものを用いており、代表的な誘電特性は、比誘電率εｒ＝１２．３、誘電正接ｔａｎδ＝０．００３６である。以上の条件により、溝部７内に入射したマイクロ波は可動部８により反射するものと透過するものに分かれる。誘電体８を透過したものは終端１６で反射するが、再度可動部８により反射するものと透過するものに分かれる。というような現象を繰り返し、結局は溝部７内に図中の楕円形状の破線（等電界強度線図）で示したような電界分布３１、３２を発生させる。
【００７０】
図５の場合、電界分布３１は、ａ方向に１、ｂ方向に０、Ｌ方向に１の（１０１）モードの定在波になり、開口部５で電界が弱くなる。すなわち、あたかも開口部５におけるインピーダンスを零にして、入射波と反射波の位相差を１８０度としたような状態（開口部５を金属板で塞いでいるのと同じ状態）を実現しているのである。
【００７１】
一方図６の場合、電界分布３２は、ａ方向に１、ｂ方向に０、Ｌ方向には１／２の定在波になり、開口部５で電界が強くなる。これは溝部７の深さ方向へのマイクロ波の実効長が図５の２倍程に長くなったとも言える。すなわち、あたかも開口部５におけるインピーダンスを無限大にして、入射波と反射波の位相差を０としたような状態を実現しているのである。
【００７２】
本実施例においては、可動部８の幅広面が溝部７の深さ方向に対して垂直（この状態を可動部８の基準の角度０とする）の時に開口部５のインピーダンスを零とするので、可動部８の角度が０から変化するにつれて溝部内のマイクロ波の実効長が短くなっていき、開口部のインピーダンスがずれて増えていく。そして可動部８の幅広面が溝部７の深さ方向に対して水平（角度９０度）の時に開口部５のインピーダンスを無限大とするので、可動部８の角度により開口部５のインピーダンスを零から無限大の全範囲で変化させる事ができ、任意のインピーダンスでより一層加熱の均一化を促進させることができる。
【００７３】
また、開口部５のインピーダンスを零にするためには、溝部７内の定在波を１以上の自然数個たてれば良いが、溝部７内に定在波を１個たてるので、最も深さの浅い（Ｌの短い）溝部７で開口部５のインピーダンスを零にできる。同様に、開口部５のインピーダンスを無限大にするためには、溝部７内の定在波を（２ｎ−１）／２個（ただしｎは１以上の自然数）たてれば良いが、溝部７内に定在波を１／２個たてるので、最も深さの浅い（Ｌの短い）溝部７で開口部５のインピーダンスを無限大にできる。すなわち、最も小型の構成で加熱の均一化を促進させることができる。
【００７４】
さて本実施例の溝部７について、別の視点から説明を加える。溝部７をいかに小型化しようと考えても、マイクロ波が入射できるためには寸法ａ、ｂに制限がある。溝部７を長さＬの短い導波管と考えて説明すると、少なくとも長辺ａはマイクロ波の波長λｏの半分より大きくないといけない。一般の導波管では、長辺ａ方向に１、短辺ｂ方向に０なる（１０）モードを立てるために、λｏ／２＜ａ＜λｏ、ｂ＜λｏ／２に選んでいる。本実施例では、λｏ＝１２２ｍｍとおくと、６１ｍｍ＜ａ＜１２２ｍｍ、ｂ＜６１ｍｍを満たさなければならないので、ａ＝８０ｍｍ、ｂ＝３０ｍｍを選んでいる。さらに導波管内を伝搬する方向（溝の深さ方向）の管内波長λｇの定義は、長辺ａ方向の電界の強いところの数をｍ、短辺ｂ方向の電界の強いところの数をｎとすれば（数３）となる。前述の通り（１０）モードすなわちｍ＝１、ｎ＝０を採用すると（数４）となる。
【００７５】
【数３】

【００７６】
【数４】

【００７７】
よって本実施例のように、ａ＝８０ｍｍ、ｂ＝３０ｍｍならλｇ≒１８８ｍｍになる。（ただし寸法はすべて板厚を含まない内寸であり、導波管内は真空または空気層のみの場合である。）１波長につき電界の強いところが２回発生するから、逆に、導波管内を伝搬する方向（溝部７の深さ方向）に定在波モードを１つだけ立てるためには、λｇ／２≒９４ｍｍ必要となり、定在波モードを１／２だけ立てるためにはλｇ／４≒４７ｍｍ必要となる。一方、本実施例の場合、可動部８を垂直あるいは水平に用いる事で、いずれも４１．５ｍｍ、すなわちλｇ／４未満で実現できているのである。一般に導波管に限らず回転アンテナなど導体を用いてマイクロ波を扱うものは、長さは少なくとも１／４波長以上（半波長ダイポールアンテナ等は半波長）必要であり、本発明に小型化の効果がある事はあきらかである。
【００７８】
図７は、インピーダンス可変手段と導波管の構成図を示し、（ａ）はインピーダンス可変手段でＬ＝４１．５ｍｍ、（ｂ）は深さ方向に定在波モードを１／２だけ立てる導波管でＬ１＝４７ｍｍ（深さがλｇ／４）、（ｃ）は深さ方向に定在波モードを１つだけ立てる導波管でＬ２＝９４ｍｍ（深さがλｇ／２）である。
【００７９】
また導波管の場合は、開口部５のインピーダンスを変化させるためには、図７（ｂ）と（ｃ）およびその間の条件を作り出さなければならない。たとえば、（ｃ）のような深さＬ２＝９４ｍｍの導波管内に金属の反射板を入れ、開口部５からの距離を４７ｍｍ〜９４ｍｍの間で動かす事が考えられる。この場合は導波管自体が長くなるのに加えて反射板の駆動距離も大きくなってしまう。
【００８０】
本実施例は、溝部７を、深さが１／４波長に満たない導波管形状としたので、従来の回転アンテナや回転導波管の常識では考えられない極めて小さな構成で開口部のインピーダンスを変化させて、加熱の均一化を促進させることができる。
【００８１】
なお、可動部の材料として比誘電率と誘電正接の数値を示したが、この値だけに限定されるものではない。我々の実験では、誘電率εｒが７〜２０の範囲で同様の結果を確認しているし、誘電率εｒを大きくする場合は、厚さｔを薄くする事で同様の効果が得られる事も分かってきている。また誘電正接ｔａｎδについては、（数１）から明らかなように、値が小さいほどマイクロ波を吸収しにくいので、値の小さいものを選んでいるにすぎない。よって我々の実験ではアルミナ、ムライト、コージライトなどで検討はしているが、これらに限定されるものではなく、低損失誘電材料として考えうる他のセラミック系、ガラス系、さらにはこれら以外のものでも良い。
【００８２】
（実施例６）
図８は本発明の実施例６のインピーダンス可変手段の構成図である。溝部７の深さ方向の２つの定在波として、電界分布３３ａ、３３ｂを立てており、開口部５で電界が弱くなるようにしている。本実施例では、可動部８が開口部５から遠いので、加熱室内の熱が伝わりにくく、誘電率や誘電正接の温度特性の影響を抑えることができる。よって加熱分布の精度を良くすることができる。
【００８３】
（実施例７）
図９は本発明の実施例７のインピーダンス可変手段の構成図である。溝部７の深さ方向の２つの定在波としての電界分布３４ａ、３４ｂと、１／２の定在波としての電界分布３４ｃを立てており、開口部５で電界が強くなるようにしている。
【００８４】
（実施例８）
図１０は本発明の実施例８のインピーダンス可変手段の構成図である。まず誘電体からなる可動部８ａは溝部７の深さ方向に垂直（角度０度）で、その時の電界分布３５ａは定在波が１つなので開口部５のインピーダンスが零である。また可動部８ｂは垂直から角度４５度まで動かした状態で、その時の電界分布３５ｂは定在波が１／２で開口部５のインピーダンスが無限大である。さらに可動部８ｃは水平（角度９０度）で、その時の電界分布３５ｃは定在波が１／２以下で開口部５のインピーダンスは大きいが無限大ではないものである。本実施例では、開口部５のインピーダンスを零から無限大まで変えるのに９０度動かす必要はなく、４５度動かすだけで良いので、駆動エネルギーが少なくてすむ。
【００８５】
なお、上記実施例では、開口部のインピーダンスが零あるいは無限大としてきたが、実際はこれに限定するものではなく、零に近い値あるいは無限大に近い値で良い。このことについて説明を加える。
【００８６】
開口部のインピーダンスは、開口部からインピーダンス可変手段を見たインピーダンスと、開口部から加熱室を見たインピーダンスの合成のインピーダンスとなる。仮に、開口部からインピーダンス可変手段を見たインピーダンスをＺＬとし、開口部から加熱室を見たインピーダンスをＺＡとし、規格化インピーダンスＺ＝ＺＬ／ＺＡとおくと、開口部の反射係数Γは（数５）で表される。
【００８７】
【数５】

【００８８】
この反射係数Γは、加熱室内のマイクロ波が開口部を通ってインピーダンス可変手段に入る時の反射のしやすさを表しており、マイクロ波回路の分野で良く用いられる指標である。
【００８９】
まずΓ＝−１のときには、開口部があたかも金属による短絡面であるかのように振る舞うが、これを実現するためには（数５）からも明らかなようにＺＬ＝０であればよい。このＺＬ＝０が、上記実施例で述べてきたインピーダンスを零にするということに他ならない。可動部の位置によりＺＬ＝０とすれば、ＺＡによらずΓ＝−１が実現できるので理想的である。ただしＺＬが零でなくても零に近い値であればΓ≒−１にできることも容易に推定できる。ＺＬが零でない場合は、ＺＡとの関係が問題になってくる。ＺＬが零に近いというのはＺＬ＜＜ＺＡ（すなわちＺ＜＜１）ということであるが、ＺＡは加熱室やマイクロ波供給手段の設計あるいは被加熱物によって変動するので、のぞましくはＺＬ＜ＺＡ／１０（すなわちＺ＜０．１）である。また実使用上はΓ≒−０．５まで許すとして、ＺＬ＜ＺＡ／３（すなわちＺ＜０．３３）である。
【００９０】
次にΓ＝１のときには、開口部があたかも自由空間に開放されているかのように振る舞うが、これを実現するためには（数５）からも明らかなようにＺＬ＝∞であればよい。このＺＬ＝∞が、上記実施例で述べてきたインピーダンスを無限大にするということに他ならない。可動部の位置によりＺＬ＝∞とすれば、ＺＡによらずΓ＝１が実現できるので理想的である。ただしＺＬが無限大でなくても無限大に近い値であればΓ≒１にできることも容易に推定できる。ＺＬが無限大でない場合は、ＺＡとの関係が問題になってくる。ＺＬが無限大に近いというのはＺＬ＞＞ＺＡ（すなわちＺ＞＞１）ということであるが、ＺＡは前述の通り変動するので、のぞましくはＺＬ＞１０ＺＡ（すなわちＺ＞１０）である。また実使用上はΓ≒０．５まで許すとして、ＺＬ＞３ＺＡ（すなわちＺ＞３）である。
【００９１】
なお、上記実施例では溝部を直方体形状としているが、これに限定する物ではなく、円筒形状、円錐などでも良い。開口部を形成できて、溝部内にマイクロ波を伝送できさえすれば、いろいろな形状で同様のことが可能である。
【００９２】
なお、上記実施例では可動部を直方体の板状としているが、これに限定する物ではなく、楕円、卵型、筒状などでも良い。可動部の位置によって開口部のインピーダンスを変更できさえすれば、いろいろな形状で同様のことが可能である。
【００９３】
なお、上記実施例では、可動部を回転させて位置制御する例を示したが、回転のみに限定される物ではなく、往復運動でも良い。開口部のインピーダンスを変
なお、図示しないが、可動部を駆動して位置制御する場合、可動部の位置や角度を検知する手段を設ける方法がある。たとえば位置や角度を直接検出しても良いし、溝部内の電界分布を検出しても良いし、いろいろな方法が考えられる。
【００９４】
また、可動部を位置制御しなくても、一定回転や往復運動させるだけで均一になることも考えられる。
【００９５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば以下の効果を有する。
【００９６】
（１）開口部のインピーダンスを変えることで加熱室内にマイクロ波を多重伝搬させ、さまざまなマイクロ波分布を形成させることができ、被加熱物全体の加熱の均一化を促進させることができる。特に開口部を加熱室の底面に設けており、被加熱物と近い位置でインピーダンスを変化させるので、最も効果的に被加熱物の加熱分布を変えることができ、被加熱物全体の加熱の均一化を最も促進させることができる。
【００９７】
（２）載置台が底面全体を覆うので、ターンテーブルを用いた時のようなコーナー部のデッドスペースがなく、被加熱物をどこにでも置くことができたり、底面と同等のサイズの被加熱物を置いて、加熱の均一化を図る事ができる。加えて、載置台が開口部を塞ぐ役割をも果たすので、専用の開口部用のカバーを不要にできる。
【００９８】
（３）開口部の位置は、開口部が無い場合に加熱室内に生じる定在波の節の位置としており、定在波の節の位置では基本的に電界が弱いので、開口部の電界も弱くなり、インピーダンス可変手段への電界集中を避ける事ができる。従って安全性、信頼性の高い均一加熱ができる。
【００９９】
（４）実用的な被加熱物において加熱室内に生じる定在波の節の位置に開口部を設けるので、確実にインピーダンス可変手段への電界集中を避ける事ができる。従って安全性、信頼性の高い均一加熱ができる。
【０１００】
（５）誘電体からなる可動部の幅広面が溝部の深さ方向に対して垂直（この状態を可動部の基準の角度０とする）の時に開口部のインピーダンスを零または零に近い値とするので、可動部の角度が０から変化するにつれて溝部内のマイクロ波の実効長が短くなっていき、開口部のインピーダンスがずれて増えていく。従って開口部のインピーダンスを容易に零以上で変化させる事ができ、加熱の均一化を促進させることができる。
【０１０１】
（６）開口部のインピーダンスを零または零に近い値にするためには、溝部内の定在波を１以上の自然数個たてれば良いが、溝部内に定在波を１個たてるので、最も深さの浅い溝部で開口部のインピーダンスを零または零に近い値にできる。すなわち、最も小型の構成で加熱の均一化を促進させることができる。
【０１０２】
（７）誘電体からなる可動部が垂直の時に開口部のインピーダンスを零または零に近い値として、かつ水平の時に開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値とするので、可動部の角度により開口部のインピーダンスを零または零に近い値から無限大または無限大に近い値の全範囲で変化させる事ができ、任意のインピーダンスでより一層加熱の均一化を促進させることができる。
【０１０３】
（８）開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値にするためには、溝部内の定在波を（２ｎ−１）／２個（ただしｎは１以上の自然数）たてれば良いが、溝部内に定在波を１／２個たてるので、最も深さの浅い溝部で開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値にできる。すなわち、最も小型の構成で加熱の均一化を促進させることができる。
【０１０４】
（９）インピーダンス可変手段が、開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、溝部内の誘電体からなる可動部と、可動部を駆動する駆動手段とを有し、溝部を、深さが１／４波長に満たない導波管形状としたので、従来の回転アンテナや回転導波管の常識では考えられない極めて小さな構成で開口部のインピーダンスを変化させて、加熱の均一化を促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施例１のマイクロ波加熱装置のブロック図
【図２】
本発明の実施例２の電子レンジの一部断面図
【図３】
本発明の実施例３のマイクロ波加熱装置の構成図
【図４】
本発明の実施例４の電子レンジの構成断面図
【図５】
（ａ）本発明の実施例５のインピーダンス可変手段の構成上面図
（ｂ）図５（ａ）のＡ−Ａ’線断面図
【図６】
（ａ）本発明の実施例５のインピーダンス可変手段の上面図
（ｂ）図６（ａ）のＡ−Ａ’線断面図
【図７】
（ａ）本発明の実施例５のインピーダンス可変手段の断面図
（ｂ）同導波管の断面図
（ｃ）同導波管の断面図
【図８】
（ａ）本発明の実施例６を示すインピーダンス可変手段の上面図
（ｂ）図８（ａ）のＡ−Ａ’線断面図
【図９】
（ａ）本発明の実施例７を示すインピーダンス可変手段の上面図
（ｂ）図９（ａ）のＡ−Ａ’線断面図
【図１０】
（ａ）本発明の実施例８を示すインピーダンス可変手段の上面図
（ｂ）図１０（ａ）のＡ−Ａ’線断面図
【符号の説明】
１ 被加熱物
２ 加熱室
３ マイクロ波供給手段
４ 底面
５、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 開口部
６ インピーダンス可変手段
７ 溝部
８ 可動部
９ 駆動手段
１０ 載置台
１１ マグネトロン（マイクロ波供給手段）
１５ ステッピングモータ（駆動手段）
１６ 終端 [Document name] Specification [Title of invention] Microwave heating device [Claims]
1. A heating chamber for accommodating an object to be heated, a waveguide, a microwave supply means for supplying microwaves to the heating chamber via the waveguide, and a bottom surface of the heating chamber are formed. A microwave heating device consisting of an opening provided on a metal surface and an impedance variable means capable of changing the impedance of the opening.
The impedance variable means drives a groove portion connected to the opening and closed at the end, a dielectric material in the groove portion, and a movable portion composed of the dielectric material , and propagates microwaves propagating in the groove portion. configuration and the microwave heating apparatus and a driving means for Ru changing conditions.
2. The microwave heating device according to claim 1, further comprising a mounting table for mounting an object to be heated that covers the entire bottom surface of the heating chamber on the opening.
3. A heating chamber for accommodating an object to be heated, a microwave supply means for supplying microwaves to the heating chamber, an opening provided on a metal surface forming the heating chamber, and an impedance of the opening. A microwave heating device having an impedance variable means capable of changing the above, and the position of the opening is the position of a node of a standing wave generated in the heating chamber when the opening is absent.
4. The microwave heating device according to claim 3, wherein the position of the opening is the position of a node of a standing wave generated in the heating chamber when the opening is not present in a practical object to be heated.
5. An impedance of a heating chamber for accommodating an object to be heated, a microwave supply means for supplying microwaves to the heating chamber, an opening provided on a metal surface forming the heating chamber, and the opening. The impedance variable means has a groove portion connected to the opening and closed at the end, and a movable portion composed of a plate-shaped dielectric that can rotate in the groove portion. A microwave heating device having a driving means for rotationally driving the dielectric, and having the impedance of the opening substantially zero when the wide surface of the dielectric is perpendicular to the depth direction of the groove.
6. When the movable portion is perpendicular to the depth direction of the groove portion, one standing wave is generated in the groove portion to set the impedance of the opening to zero or a value close to zero. The microwave heating device described.
7. The microwave heating device according to claim 5, wherein the impedance of the opening is set to infinity or a value close to infinity when the movable portion is horizontal with respect to the depth direction of the groove.
8. When the movable portion is horizontal with respect to the depth direction of the groove portion, the impedance of the opening portion is set to infinity or a value close to infinity by creating 1/2 standing wave in the groove portion. The microwave heating device according to claim 7.
9. An impedance of a heating chamber for accommodating an object to be heated, a microwave supply means for supplying microwaves to the heating chamber, an opening provided on a metal surface forming the heating chamber, and the opening. The impedance variable means has a groove portion connected to the opening and the end is closed, a movable portion made of a dielectric material in the groove portion, and the movable portion. A microwave heating device having a driving means for the device, and the groove portion having a waveguide shape having a depth of less than 1/4 wavelength.
Description: TECHNICAL FIELD [Detailed description of the invention]
[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a microwave heating device that dielectrically heats an object to be heated by using microwave energy.
0002.
[Conventional technology]
There is a microwave oven as a typical conventional microwave heating device. In a microwave oven, as a microwave supply means, it is common to supply microwaves radiated by a magnetron to a heating chamber via a waveguide. Food as a food to be heated generates heat according to the electric field component of microwaves and the dielectric constant of food. The power P [W / m ³ ] absorbed per unit volume of food depends on the strength E [V / m] of the applied electric field, the frequency f [Hz], the relative permittivity εr of the food, and the dielectric loss tangent tan δ ( It is expressed as the number 1).
0003
[Number 1]

0004
Here, the microwave in the heating chamber generates some standing wave depending on the shape of the heating chamber and the position of the feeding opening formed at the joint portion between the heating chamber and the waveguide. In a microwave oven, since the frequency f is constant (mainly about 2450 MHz), the standing wave distribution is also constant, and the heating distribution of food is generally determined by the standing wave distribution, so that heating unevenness according to the standing wave distribution occurs.
0005
When the food is not in the heating chamber and the heating chamber is a rectangular parallelepiped, the heating chamber can be considered as an empty cavity resonator, and the standing wave distribution that can stand is obtained from the dimensions of the heating chamber and the position of the feeding opening. be able to. Normally, when the shape of the heating chamber is represented in three dimensions and the dimensions in each direction are x, y, and z, the places where the electric field is strong (the antinodes of the standing wave) are counted in each direction, and there are only m, n, and p. For example, the mode is said to be (mnp). The mode is a combination of m, n, and p that satisfies (Equation 2). (X, y, z are in mm units, m, n, p are integers, and when f = 2450 MHz, the wavelength λo≈122 mm)
0006
[Number 2]

0007
For example, if you want to set the mode (431) with λo = 122 mm, you can select x = 330 mm, y = 300 mm, z = 215 mm, etc., which have dimensions that almost satisfy (Equation 2). However, in the dimensions of a general microwave oven, it is common to consider a plurality of modes that satisfy (Equation 2) at the same time.
0008
Next, the limitation of the mode depending on the position of the power feeding opening will be described. When microwaves are emitted from the feeding opening to the heating chamber, a strong electric field is generated in the opposite direction that sandwiches the feeding opening, so the electric field is weak (standing wave node) in the center of the feeding opening. It will be stable. Therefore, a mode in which the center of the feeding opening is the antinode of the standing wave is less likely to occur, and the mode can be limited.
0009
On the other hand, it is also known that when there is food, the deviation from (Equation 2) occurs due to the influence of wavelength compression due to the dielectric constant of the food.
0010
As a means for making the heating of the object to be heated uniform with respect to the standing wave distribution generated based on the above principle, generally, a radio wave stirring method, a rotation object rotation method, a plurality of power feeding methods, or heating The uneven shape of the interior wall surface has been put into practical use.
0011
The radio wave agitation method has a configuration in which a metal plate-shaped blade provided in a heating chamber is rotationally driven. In this method, microwaves propagating while repeating reflection on the metal interface forming the microwave space and the surface of the object to be heated are also reflected by the metal plate-shaped blades. The reflection of microwaves from this metallic plate-shaped blade increases the propagation path of microwaves in the microwave space as compared with the case without the plate-shaped blade, and the microwave is applied to the entire object to be heated. Is diffusely reflected to promote uniform heating of the object to be heated.
0012
The object to be heated rotation method has a configuration in which a turntable on which the object to be heated is placed is rotationally driven. In this method, the object to be heated is moved with respect to the propagation distribution of microwaves generated in the microwave space determined by the microwave space structure and the type and shape of the object to be heated housed therein. It propagates microwaves throughout the heated object to promote uniform heating of the object to be heated.
0013
The multiple power feeding method comprises a configuration in which microwaves are fed from a plurality of locations on the metal boundary surface forming the heating chamber. The most important feature of this method as compared with a single power supply is that a plurality of microwaves having different phases are fed into the heating chamber. By propagating microwaves having different phases, a diffused reflection state of microwaves is generated in the heating chamber in the same manner as the above-mentioned radio wave stirring method.
0014.
The uneven shape method of the wall surface of the heating chamber comprises a configuration in which unevenness is provided on the metal boundary surface forming the heating chamber. In this method, microwaves are diffusely reflected by a metal interface having irregularities.
0015.
Further, as another method for making the heating uniform, there is a method in which some information that can estimate the heating distribution is detected and the radiation direction of the microwave is controlled according to the detection result.
0016.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-321378 has a turntable and a rotating antenna (or a rotating waveguide) under the turntable, and the position of each is controlled based on the detection results such as the temperature and weight of the object to be heated. An example of doing this is shown.
[0017]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-172750 provides an example in which an arbitrary part can be heated by switching a plurality of radiating antennas and controlling the position without a turntable, based on the same detection result. ..
0018
In these two examples, the directional microwave radiating means is controlled so as to compensate for the heating unevenness generated by the microwave, so that the effect of homogenization is extremely high.
0019
Further, there is a variable matching method as a means for improving the efficiency of heating the object to be heated.
0020
In the variable matching method, when the microwave emitted by the magnetron is supplied to the heating chamber via the waveguide, a variable matching element is arranged in the waveguide, and information on the object to be heated is provided based on the operation keys and the detection means (the variable matching method). It estimates the amount, size, shape, etc.) and controls the position of the variable matching element so that the best matching can be obtained (the reflection of microwaves to the magnetron is minimized and efficiently transmitted to the heating chamber). is there.
0021.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-266996 Shows an example in which a post-shaped variable matching element is translated in a waveguide arranged on the upper surface of a heating chamber to control its position.
0022.
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-104078 shows an example in which a variable matching element made of a metal plate is rotated or stopped in a waveguide arranged on the upper surface of a heating chamber to control its position.
[0023]
[Problems to be Solved by the Invention]
However, the conventional microwave agitation type microwave space has a physical limit in uniformly diffusely reflecting the microwaves reflected by the metal plate-shaped blades in the microwave space. This is because the rotation speed of the metal plate-shaped blades is too slow with respect to the propagation speed of microwaves, and even if the rotation speed of the metal plate-shaped blades is controlled, the microscopically spreads over the entire object to be heated. Propagating waves is very difficult. Therefore, there is a problem that it is difficult to suppress the occurrence of an unexpected non-uniform heating distribution depending on the type and amount of the object to be heated.
0024
Further, in the method of rotating the object to be heated, the microwave distribution generated in the microwave space is naturally determined by the type and amount of the object to be heated, so that the microwave distribution generated corresponding to one object to be heated is the subject. There was a problem that the electromagnetic wave distribution could not be changed even if it was unsuitable for uniformly heating the heated object.
0025
Further, in the multiple power feeding method, the ideal behavior is as described above, but the behavior of the microwave radiated from one feeding unit is affected by the microwave radiated from the other feeding unit. Therefore, even if there are a plurality of power feeding units, specific microwave propagation determined by the plurality of power feeding configurations occurs in the microwave space, and therefore, depending on the type and amount of the object to be heated, it is unexpectedly non-uniform. There was a problem that it was difficult to suppress the occurrence of heat distribution.
0026
In addition, the uneven shape structure of the wall surface of the microwave space has irregularities such as so-called golf ball dimples on the entire wall surface in order to generate diffused reflection in the microwave space that can promote uniform heating of the object to be heated. At the same time, it is necessary to make the dimple depth dimension or protrusion dimension a dimension that cannot be ignored with respect to the wavelength of the microwave used, for example, a 1/10 wavelength dimension or more. As a result, there is a problem that the configuration of the microwave space becomes complicated and the configuration is difficult to put into practical use.
[0027]
Further, it is ideal in terms of uniform heating to detect some information that can estimate the heating distribution and control the radiation direction of microwaves according to the detection result. However, in order to control the radiation direction of microwaves, it is necessary to combine or use a turntable, a rotating antenna, and a rotating waveguide. Further, when a rotating antenna or a rotating waveguide is configured by using a conductor to supply microwaves, the length must be at least 1/4 wavelength (half wavelength for a half-wave dipole antenna or the like) and the rotating antenna. And a configuration for supplying power to the rotating waveguide is also required. In addition, since it will drive a means that emits microwaves of large energy, measures to ensure safety and reliability (for example, to prevent sparks, keep the distance between the antenna and the wall surface of the heating chamber). I have to do it) is also necessary. Therefore, there is a problem that the configuration is large and complicated. Similarly, there is a problem that it takes time and effort to study for ensuring safety and reliability.
[0028]
Furthermore, in the variable matching method, in order to prevent microwaves from being reflected between the magnetron and the heating chamber and returning to the magnetron, a variable matching element must be placed between the magnetron and the heating chamber (inside the waveguide). It doesn't become. Since the efficiency of heating is improved by controlling the position of the variable matching element according to the object to be heated, the position must be controlled in conjunction with the operation key and the detection means in order to obtain information on the object to be heated. It doesn't become. Furthermore, the variable matching method can change the amount of microwaves transmitted from the magnetron to the heating chamber as a fundamental problem, but it does not change the heating distribution and cannot make the heating distribution uniform. I had a problem.
[0029]
[Means for solving problems]
In order to solve the above problems, the microwave heating device of the present invention has a heating chamber for accommodating an object to be heated, a waveguide, and a microwave supply for supplying microwaves to the heating chamber via the waveguide. A microwave heating device comprising means, an opening provided on a metal surface forming the bottom surface of the heating chamber, and an impedance-variable means capable of changing the impedance of the opening, and the impedance-variable means is the opening. a groove end is closed is connected to the section, and the dielectric of said groove, said drives the movable portion made of a dielectric material, drive means Ru changing the propagation conditions of the microwave propagating through the inside groove It has.
[0030]
According to the above invention, the flow of the high-frequency current generated on the metal surface forming the heating chamber is divided by the opening due to the microwave supplied from the microwave supply means into the heating chamber, so that the microwave is an opening. Propagates into the groove of the impedance variable means connected to. The microwave propagating in the groove propagates to the end of the groove, is reflected at this end, passes through the opening again, and propagates in the heating chamber. A movable portion made of a dielectric provided in the middle of the microwave propagation path in the groove changes the microwave propagation conditions in the groove. By changing this microwave propagation condition, the impedance value generated at the opening can be changed from zero to ideally infinity.
0031
This opening is provided so as to divide the flow of high-frequency current, and when the impedance of the opening is set to zero, the flow of high-frequency current is not divided. On the other hand, if the impedance of the opening is set to infinity, high-frequency current will not flow at all. Changes in the impedance of the openings change the microwave distribution that can occur in the heating chamber. Further, the phase difference between the incident wave and the reflected wave of the microwave incident on the opening is 180 degrees when the impedance of the opening is zero, and 0 degrees when the impedance of the opening is infinite. Therefore, by changing the impedance of the opening, microwaves can be propagated multiple times in the heating chamber to form various microwave distributions, and uniform heating of the entire object to be heated can be promoted. In particular, in the present invention, since the opening is provided on the bottom surface of the heating chamber and the impedance is changed at a position close to the object to be heated, the heating distribution of the object to be heated can be changed most effectively, and the entire object to be heated can be changed. The homogenization of heating can be most promoted.
[0032]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The microwave heating device of the present invention includes a heating chamber for accommodating an object to be heated, a waveguide, a microwave supply means for supplying microwaves to the heating chamber via the waveguide, and the heating chamber. A microwave heating device including an opening provided on a metal surface forming a bottom surface and an impedance-variable means capable of changing the impedance of the opening, and the impedance-variable means is connected to the opening and ends. a closed groove, a dielectric in said groove, said drives the movable portion comprising a dielectric, and a microwave drive means Ru changing the propagation conditions of propagating the said groove.
0033
Then, the flow of the high-frequency current generated on the metal surface forming the heating chamber is divided by the opening due to the microwave supplied from the microwave supply means into the heating chamber, so that the microwave has an impedance connected to the opening. It propagates into the groove of the variable means. The microwave propagating in the groove propagates to the end of the groove, is reflected at this end, passes through the opening again, and propagates in the heating chamber. The movable portion provided in the middle of the microwave propagation path in the groove changes the microwave propagation condition in the groove. By changing this microwave propagation condition, the impedance value generated at the opening can be changed from zero to ideally infinity.
0034
This opening is provided so as to divide the flow of high-frequency current, and when the impedance of the opening is set to zero, the flow of high-frequency current is not divided. On the other hand, if the impedance of the opening is set to infinity, high-frequency current will not flow at all. Changes in the impedance of the openings change the microwave distribution that occurs in the heating chamber. Further, the phase difference between the incident wave and the reflected wave of the microwave incident on the opening is 180 degrees when the impedance of the opening is zero, and 0 degrees when the impedance of the opening is infinite.
0035.
Therefore, by changing the impedance of the opening, microwaves can be propagated multiple times in the heating chamber to form various microwave distributions, and uniform heating of the entire object to be heated can be promoted. In particular, in the present invention, since the opening is provided on the bottom surface of the heating chamber and the impedance is changed at a position close to the object to be heated, the heating distribution of the object to be heated can be changed most effectively, and the entire object to be heated can be changed. The homogenization of heating can be most promoted.
0036
Further, the microwave heating device has a mounting table on the opening for mounting the object to be heated, which covers the entire bottom surface of the heating chamber.
0037
And since the mounting table covers the entire bottom surface, there is no dead space at the corners like when using a turntable, and the object to be heated can be placed anywhere, or the object to be heated of the same size as the bottom surface can be placed. It can be placed to make the heating uniform. In addition, since the mounting table also plays a role of closing the opening, it is possible to eliminate the need for a dedicated cover for the opening.
[0038]
Further, the microwave heating device includes a heating chamber for accommodating an object to be heated, a microwave supply means for supplying microwaves to the heating chamber, an opening provided on a metal surface forming the heating chamber, and the opening. It has an impedance variable means capable of changing the impedance of the portion, and the position of the opening is the position of a node of a standing wave generated in the heating chamber when the opening is absent.
[0039]
The position of the opening is the position of the node of the standing wave generated in the heating chamber when there is no opening. Since the electric field is basically weak at the position of the node of the standing wave, the electric field of the opening is also weak. Therefore, it is possible to avoid the concentration of the electric field on the impedance variable means. Therefore, uniform heating with high safety and reliability is possible.
0040
Further, in the microwave heating device of claim 4, the position of the opening is the position of the node of the standing wave generated in the heating chamber when the opening is not present in the practical object to be heated.
[0041]
The standing wave may change depending on the size, shape, and dielectric characteristics of the object to be heated, but since an opening is provided at the node of the standing wave generated in the heating chamber in a practical object to be heated. , It is possible to surely avoid the electric field concentration on the impedance variable means. Therefore, uniform heating with high safety and reliability is possible.
[0042]
Further, the microwave heating device includes a heating chamber for storing a object to be heated, a microwave supply means for supplying microwaves to the heating chamber, an opening provided on a metal surface forming the heating chamber, and the opening. It has an impedance-variable means capable of changing the impedance of the portion, and the impedance-variable means comprises a groove portion connected to the opening and closed at the end, and a plate-shaped dielectric that is rotatable in the groove portion. It has a movable portion and a driving means for rotationally driving the movable portion, and when the wide surface of the dielectric is perpendicular to the depth direction of the groove portion, the impedance of the opening is set to zero or a value close to zero. There is.
[0043]
Then, when the movable portion is perpendicular to the depth direction of the groove portion (this state is defined as the reference angle 0 of the movable portion), the impedance of the opening is set to zero or a value close to zero, so that the angle of the movable portion is set. As the value changes from 0, the effective length of the microwave in the groove becomes shorter, and the impedance of the opening shifts and increases. Therefore, the impedance of the opening can be easily changed to zero or more, and the homogenization of heating can be promoted.
[0044]
Further, in the microwave heating device, when the movable portion is perpendicular to the depth direction of the groove portion, one standing wave is generated in the groove portion to set the impedance of the opening to zero or a value close to zero. ..
0045
Then, in order to make the impedance of the opening zero or a value close to zero, it is sufficient to set several natural waves of 1 or more in the groove, but since one standing wave is set in the groove, it is the most. The impedance of the opening can be set to zero or a value close to zero in the shallow groove. That is, the smallest configuration can promote uniform heating.
[0046]
Further, the microwave heating device sets the impedance of the opening to infinity or a value close to infinity when the movable portion is horizontal with respect to the depth direction of the groove.
[0047]
Then, when the movable part is vertical, the impedance of the opening is set to zero or a value close to zero, and when the movable part is horizontal, the impedance of the opening is set to an infinity or a value close to infinity. Impedance can be changed in the entire range from zero or near zero to infinity or near infinity, and heating uniformity can be further promoted at any impedance.
0048
In addition, the microwave heating device makes the impedance of the opening infinite or infinite by creating 1/2 standing wave in the groove when the movable part is horizontal with respect to the depth direction of the groove. The values are close to each other.
[0049]
Then, in order to make the impedance of the opening infinite or close to infinity, it is sufficient to set (2n-1) / 2 standing waves in the groove (where n is a natural number of 1 or more). Since 1/2 standing wave is generated in the groove, the impedance of the opening can be set to infinity or a value close to infinity in the shallowest groove. That is, the smallest configuration can promote uniform heating.
0050
Further, the microwave heating device includes a heating chamber for accommodating an object to be heated, a microwave supply means for supplying microwaves to the heating chamber, an opening provided on a metal surface forming the heating chamber, and the opening. It has an impedance variable means capable of changing the impedance of the portion, and the impedance variable means drives the movable portion when it is composed of a groove portion connected to the opening and closed at the end and a dielectric material in the groove portion. The groove portion has a waveguide shape having a depth of less than 1/4 wavelength.
0051
The impedance variable means has a groove portion connected to the opening and closed at the end, a movable portion made of a dielectric in the groove portion, and a driving means for driving the movable portion. Since the waveguide shape is less than 1/4 wavelength, the impedance of the opening is changed with an extremely small configuration that cannot be considered by the conventional wisdom of rotating antennas and rotating waveguides, and uniform heating is promoted. be able to.
[0052]
【Example】
Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0053]
(Example 1)
FIG. 1 is a block diagram for explaining an outline of a microwave heating device showing Example 1 of the present invention. The object to be heated 1 is housed in the heating chamber 2, microwaves are supplied from the microwave supply means 3 to the heating chamber 2, and an opening 5 is provided in the metal surface forming the bottom surface 4 of the heating chamber 2. The impedance variable means 6 is capable of changing the impedance of the opening 5, and constitutes a movable portion 8 made of a driveable dielectric in a groove 7 connected to the opening 5 and closed at the end to drive the impedance. By driving the movable body 8 by the means 9, the impedance of the opening 5 is changed, and various heat distributions are generated to make it uniform.
0054
(Example 2)
FIG. 2 shows Example 2 of the present invention, and is a cross-sectional view of a main part of a microwave oven typical of a microwave oven. An object to be heated 1 represented by food or the like is placed on a mounting table 10 that covers the entire bottom surface 4 of the heating chamber 2, and microwaves from a magnetron 11, which is a typical microwave supply means, are guided by a waveguide 12. It is supplied to the heating chamber 2 via the above to heat the object to be heated 1. The waveguide 12 and the heating chamber 2 are coupled at the feeding opening 13, and the feeding opening cover 14 capable of transmitting microwaves closes the feeding opening 13. An opening 5 is provided on the metal surface forming the bottom surface 4 of the heating chamber 2, and the impedance of the opening 5 can be changed by the impedance changing means 6. The impedance variable means 6 constitutes a movable portion 8 made of a dielectric of a low dielectric loss material that can be driven in a groove portion 7 connected to the opening 5 and closed at the end, and is a typical driving means. The movable portion 8 is rotationally driven by the motor 15.
0055
Regarding the action of the impedance variable means 6, the microwave in the heating chamber 2 divides the flow of the high-frequency current generated on the metal surface forming the bottom surface 4 of the heating chamber 2 by the opening 5. It propagates into the groove 7 of the impedance variable means 6 connected to the opening 5. The microwave propagating in the groove 7 propagates to the end 16 of the groove 7, is reflected at this end, passes through the opening 5 again, and propagates in the heating chamber 2. The movable portion 8 provided in the middle of the microwave propagation path in the groove portion 7 changes the microwave propagation conditions in the groove portion 7. By changing the microwave propagation condition, the impedance value generated in the opening 5 can ideally be changed from zero to infinity.
0056
The opening 5 is provided so as to divide the flow of high-frequency current, and when the impedance of the opening 5 is set to zero, the flow of high-frequency current is not divided. On the other hand, when the impedance of the opening 5 is set to infinity, high-frequency current does not flow at all. The change in the impedance of the opening 5 changes the microwave distribution that can occur in the heating chamber 2.
[0057]
Further, the phase difference between the incident wave and the reflected wave of the microwave incident on the opening 5 is 180 degrees when the impedance of the opening 5 is zero, and 0 degrees when the impedance of the opening 5 is infinite. .. Therefore, by changing the impedance of the opening 5, microwaves are propagated multiple times in the heating chamber 2, so that various heating distributions are generated and made uniform.
0058.
In this embodiment, since the opening 5 is provided on the bottom surface 4, the impedance is changed at a position close to the object to be heated 1, so that the heating distribution can be changed most effectively and the homogenization is promoted most. Can be done.
[0059]
Further, in this embodiment, since the mounting table 10 covers the entire bottom surface 4, there is no dead space at the corner as in the case of using a turntable, and the object to be heated 1 can be placed anywhere, or the bottom surface 4 and the like. An object 1 to be heated of the same size can be placed to make the heating uniform. In addition, since the mounting table 10 also plays a role of closing the opening 5, it is possible to eliminate the need for a dedicated cover for the opening.
[0060]
Further, in this embodiment, the end 16 is configured at a position where the groove 7 is bent to the left instead of extending directly below the opening 5. This configuration has the effect of reducing the height dimension of the groove portion 7.
[0061]
Further, in this embodiment, since the movable portion 8 is rotationally driven by the stepping motor 15, the wide surface of the movable portion 8 is set to the vertical state 17 or the horizontal state 18 with respect to the end 16 (angle with respect to the depth direction of the groove). Or, it can be positioned easily and accurately by setting it to an intermediate angle. This configuration has the effect of finely changing the heating distribution.
[0062]
Further, in this embodiment, the control means 19 controls the position of the movable portion 8 by the stepping motor 15 and the oscillation control of the microwave from the magnetron 11 by the setting means 20 set by the user as represented by the operation keys. Is to do. With this configuration, both the heating distribution and the heating output (or heating time) can be controlled in combination, so that there is an effect that the heating distribution that meets the user's wishes can be realized.
[0063]
(Example 3)
FIG. 3 is a block diagram of a microwave heating device showing Example 3 of the present invention. The places where the electric fields in the x, y, and z directions of the heating chamber 2 are strong (the antinodes of the standing wave) are shown as broken lines 21a and 21b, and the directions of the electric fields are shown as 22a and 22b, respectively, and the mode is (201). In the figure, 23a, 23b, and 23c indicate positions suitable for openings, and can be said to be positions of standing wave nodes, respectively. The opening 23a is a node of the standing wave because it is located at an intermediate position between the antinodes 21a and 21b of the standing wave on the xz plane. The yz plane of the opening 23b and the xy plane of the opening 23c have no antinodes / nodes of standing waves, and the entire surface is an electric field node.
[0064]
In this embodiment, the openings 23a, 23b, and 23c are configured at the positions of the nodes of the standing wave, and the electric field in the vicinity of the openings is weak, so that the concentration of the electric field on the impedance variable means can be avoided. Therefore, uniform heating with high safety and reliability is possible.
[0065]
(Example 4)
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of a microwave oven showing a fourth embodiment of the present invention. A part of the reference numerals having the same reference numerals and the same functions as those shown in the above-described embodiments will be omitted. In this embodiment, the opening 5 and the impedance variable means 6 are configured on the top surface, and the opening 5 is covered with the opening cover 24. It can be said that the opening 5 is located between the antinodes 25a and 25b of the standing wave on the top surface in the presence of the object 1 to be heated, that is, at the position of the node of the standing wave. By the way, the modes in the figure are 3 in the x direction and 1 in the y direction.
[0066]
In this embodiment, since the opening 5 is provided at the position of the node of the standing wave in the presence of the object to be heated 1, it is possible to reliably avoid the concentration of the electric field on the impedance variable means 6. Therefore, uniform heating with high safety and reliability is possible.
[0067]
Further, in this embodiment, the object to be heated 1 is placed on the turntable 26, and the turntable 26 is rotationally driven by the motor 28 via the shaft 27. Further, the temperature detecting means 29 detects the temperature distribution of the object to be heated, and the control means 30 controls the driving of the driving means 9 and the motor 28 and the oscillation control of the magnetron 11 by the signal from the temperature detecting means 29. Is. Since the distribution is changed while observing the generated temperature distribution, appropriate uniform heating can be performed for each object to be heated.
[0068]
(Example 5)
5 and 7 show Example 5 of the present invention.
[0069]
5 and 6 are block diagrams of the impedance variable means. A part of the reference numerals having the same reference numerals and the same functions as those shown in the above-described embodiments will be omitted. FIG. 5 shows a state in which the wide surface of the movable portion 8 is perpendicular to the depth direction of the groove portion 7, and FIG. 6 shows a state in which the wide surface of the movable portion 8 is horizontal to the depth direction of the groove portion 7. ) Show a top view of the wide surface of the groove portion 7, and each (b) shows a vertical cross-sectional view of AA'of each (a). In this embodiment, the groove portion 7 is a rectangular parallelepiped, and has a shape in which the long side a = 80 mm and the short side b = 30 mm of the rectangular opening 5 are extended to the end 16 by a depth L = 41.5 mm. The movable portion 8 has a long side c = 78 mm, a short side d = 27 mm, and a thickness t = 6.2 mm, and the center of the movable portion 8 is located at a distance LB = 20 mm from the terminal 16. Further, a material having a low dielectric loss is used as the material of the movable portion 8, and typical dielectric properties are a relative permittivity εr = 12.3 and a dielectric loss tangent tan δ = 0.0036. Under the above conditions, the microwave incident in the groove portion 7 is divided into those reflected by the movable portion 8 and those transmitted through the movable portion 8. The material that has passed through the dielectric 8 is reflected at the end 16, but it is divided into those that are reflected again by the movable portion 8 and those that are transmitted. Such a phenomenon is repeated, and eventually, electric field distributions 31 and 32 as shown by the elliptical broken line (isoelectric field strength diagram) in the figure are generated in the groove portion 7.
[0070]
In the case of FIG. 5, the electric field distribution 31 becomes a standing wave in the (101) mode of 1 in the a direction, 0 in the b direction, and 1 in the L direction, and the electric field becomes weak at the opening 5. That is, a state is realized as if the impedance at the opening 5 is set to zero and the phase difference between the incident wave and the reflected wave is 180 degrees (the same state as when the opening 5 is closed with a metal plate). It is.
[0071]
On the other hand, in the case of FIG. 6, the electric field distribution 32 becomes a standing wave of 1 in the a direction, 0 in the b direction, and 1/2 in the L direction, and the electric field becomes stronger at the opening 5. It can be said that the effective length of the microwave in the depth direction of the groove 7 is about twice as long as that in FIG. That is, a state is realized as if the impedance at the opening 5 is set to infinity and the phase difference between the incident wave and the reflected wave is set to 0.
[0072]
In this embodiment, the impedance of the opening 5 is set to zero when the wide surface of the movable portion 8 is perpendicular to the depth direction of the groove portion 7 (this state is defined as the reference angle 0 of the movable portion 8). As the angle of the movable portion 8 changes from 0, the effective length of the microwave in the groove portion becomes shorter, and the impedance of the opening portion shifts and increases. When the wide surface of the movable portion 8 is horizontal (angle 90 degrees) with respect to the depth direction of the groove portion 7, the impedance of the opening 5 is made infinite, so that the impedance of the opening 5 is set to zero depending on the angle of the movable portion 8. It can be changed in the entire range from to infinity, and the homogenization of heating can be further promoted at an arbitrary impedance.
[0073]
Further, in order to make the impedance of the opening 5 zero, it is sufficient to make several natural waves of 1 or more in the groove 7, but since one standing wave is made in the groove 7, the depth is the deepest. The impedance of the opening 5 can be made zero by the shallow (short L) groove 7. Similarly, in order to make the impedance of the opening 5 infinite, standing waves in the groove 7 may be set to (2n-1) / 2 (where n is a natural number of 1 or more), but in the groove 7. Since 1/2 standing wave is generated in, the impedance of the opening 5 can be made infinite at the shallowest (short L) groove 7. That is, the smallest configuration can promote uniform heating.
[0074]
Now, the groove portion 7 of this embodiment will be described from another viewpoint. No matter how small the groove portion 7 is considered, the dimensions a and b are limited in order for microwaves to be incident. If the groove portion 7 is considered as a waveguide having a short length L, at least the long side a must be larger than half of the wavelength λo of the microwave. In a general waveguide, λo / 2 <a <λo and b <λo / 2 are selected in order to establish a (10) mode in which 1 is set in the long side a direction and 0 is set in the short side b direction. In this embodiment, if λo = 122 mm, 61 mm <a <122 mm and b <61 mm must be satisfied, so a = 80 mm and b = 30 mm are selected. Furthermore, the definition of the in-tube wavelength λg in the direction of propagation in the waveguide (groove depth direction) is that the number of places where the electric field is strong in the long side a direction is m, and the number of places where the electric field is strong in the short side b direction is n. If so, it becomes (Equation 3). As described above, when the (10) mode, that is, m = 1 and n = 0 is adopted, (Equation 4) is obtained.
[0075]
[Number 3]

[0076]
[Number 4]

[0077]
Therefore, as in this embodiment, if a = 80 mm and b = 30 mm, λg≈188 mm. (However, all the dimensions are internal dimensions that do not include the plate thickness, and the inside of the waveguide is only a vacuum or an air layer.) Since a strong electric field is generated twice per wavelength, conversely, inside the waveguide Λg / 2 ≒ 94mm is required to set only one standing wave mode in the propagation direction (depth direction of the groove 7), and λg / 4 ≒ 4 to set only 1/2 of the standing wave mode. 47 mm is required. On the other hand, in the case of this embodiment, by using the movable portion 8 vertically or horizontally, both of them can be realized with 41.5 mm, that is, less than λg / 4. Generally, not only a waveguide but also a rotating antenna or the like that handles microwaves using a conductor needs to have a length of at least 1/4 wavelength or more (half-wavelength dipole antenna or the like is half-wavelength). It is clear that it is effective.
[0078]
FIG. 7 shows a configuration diagram of an impedance variable means and a waveguide, in which (a) is an impedance variable means and L = 41.5 mm, and (b) is a guide that sets a standing wave mode by 1/2 in the depth direction. L1 = 47 mm (depth λg / 4) in the wave tube, and (c) is a waveguide in which only one standing wave mode is set in the depth direction, and L2 = 94 mm (depth λg / 2).
[0079]
Further, in the case of a waveguide, in order to change the impedance of the opening 5, it is necessary to create the conditions shown in FIGS. 7 (b) and 7 (c) and between them. For example, it is conceivable to put a metal reflector in a waveguide having a depth of L2 = 94 mm as in (c) and move the distance from the opening 5 between 47 mm and 94 mm. In this case, not only the waveguide itself becomes long, but also the driving distance of the reflector becomes large.
[0080]
In this embodiment, since the groove portion 7 has a waveguide shape in which the depth is less than 1/4 wavelength, the impedance of the opening is extremely small, which cannot be considered by the common sense of a conventional rotating antenna or a rotating waveguide. Can be varied to promote homogenization of heating.
[0081]
Although the values of the relative permittivity and the dielectric loss tangent are shown as the materials of the moving parts, the values are not limited to these values. In our experiments, we have confirmed the same result when the dielectric constant εr is in the range of 7 to 20, and when increasing the dielectric constant εr, the same effect can be obtained by reducing the thickness t. I'm getting to know. As for the dielectric loss tangent tan δ, as is clear from (Equation 1), the smaller the value, the more difficult it is to absorb microwaves, so only the one with the smaller value is selected. Therefore, in our experiments, we are studying alumina, mullite, cordierite, etc., but they are not limited to these, and other ceramic-based, glass-based, and other materials that can be considered as low-loss dielectric materials. But it's okay.
[882]
(Example 6)
FIG. 8 is a block diagram of the impedance variable means according to the sixth embodiment of the present invention. Electric field distributions 33a and 33b are set up as two standing waves in the depth direction of the groove portion 7, and the electric field is weakened at the opening 5. In this embodiment, since the movable portion 8 is far from the opening 5, the heat in the heating chamber is not easily transferred, and the influence of the dielectric constant and the temperature characteristic of the dielectric loss tangent can be suppressed. Therefore, the accuracy of the heat distribution can be improved.
[0083].
(Example 7)
FIG. 9 is a block diagram of the impedance variable means according to the seventh embodiment of the present invention. The electric field distributions 34a and 34b as two standing waves in the depth direction of the groove 7 and the electric field distributions 34c as 1/2 standing waves are set up so that the electric field becomes stronger at the opening 5. ..
[0084]
(Example 8)
FIG. 10 is a block diagram of the impedance variable means according to the eighth embodiment of the present invention. First, the movable portion 8a made of a dielectric is perpendicular to the depth direction of the groove portion 7 (angle 0 degrees), and the electric field distribution 35a at that time has one standing wave, so the impedance of the opening 5 is zero. Further, the movable portion 8b is in a state of being moved from the vertical to an angle of 45 degrees, and the electric field distribution 35b at that time has a standing wave of 1/2 and an impedance of the opening 5 is infinite. Further, the movable portion 8c is horizontal (angle 90 degrees), and the electric field distribution 35c at that time is such that the standing wave is 1/2 or less and the impedance of the opening 5 is large but not infinite. In this embodiment, it is not necessary to move the impedance of the opening 5 from zero to infinity by 90 degrees, but only by moving it by 45 degrees, so that the driving energy is small.
[0085]
In the above embodiment, the impedance of the opening is set to zero or infinity, but the present invention is not limited to this, and a value close to zero or a value close to infinity may be used. I will explain this.
0083.
The impedance of the opening is the combined impedance of the impedance when the impedance variable means is seen from the opening and the impedance when the heating chamber is seen from the opening. Assuming that the impedance of the impedance variable means seen from the opening is ZL, the impedance of the heating chamber seen from the opening is ZA, and the normalized impedance Z = ZL / ZA, the reflection coefficient Γ of the opening is (number). It is represented by 5).
[0087]
[Number 5]

[0088]
This reflectance coefficient Γ represents the ease of reflection when microwaves in the heating chamber enter the impedance variable means through the opening, and is an index often used in the field of microwave circuits.
[089]
First, when Γ = -1, the opening behaves as if it were a short-circuit surface made of metal, but in order to realize this, ZL = 0 may be sufficient as is clear from (Equation 5). This ZL = 0 is nothing but to make the impedance described in the above embodiment zero. If ZL = 0 is set depending on the position of the movable part, Γ = -1 can be realized regardless of ZA, which is ideal. However, even if ZL is not zero, it can be easily estimated that Γ≈-1 can be set if the value is close to zero. If ZL is non-zero, the relationship with ZA becomes a problem. The fact that ZL is close to zero means ZL << ZA (that is, Z << 1), but since ZA varies depending on the design of the heating chamber and microwave supply means or the object to be heated, it is desirable. ZL <ZA / 10 (ie Z <0.1). Further, in actual use, ZL <ZA / 3 (that is, Z <0.33), assuming that Γ≈-0.5 is allowed.
[0090]
Next, when Γ = 1, the opening behaves as if it is open to free space, but in order to realize this, as is clear from (Equation 5), ZL = ∞ is sufficient. This ZL = ∞ is nothing but to make the impedance described in the above embodiment infinite. If ZL = ∞ is set depending on the position of the movable part, Γ = 1 can be realized regardless of ZA, which is ideal. However, even if ZL is not infinite, it can be easily estimated that Γ≈1 can be set if the value is close to infinity. If ZL is not infinite, the relationship with ZA becomes a problem. The fact that ZL is close to infinity means that ZL >> ZA (that is, Z >> 1), but since ZA fluctuates as described above, it is desirable that ZL> 10ZA (that is, Z> 10). is there. Further, in actual use, ZL> 3ZA (that is, Z> 3), assuming that Γ≈0.5 is allowed.
[0091]
In the above embodiment, the groove portion has a rectangular parallelepiped shape, but the present invention is not limited to this, and a cylindrical shape, a cone, or the like may be used. The same can be done in various shapes as long as an opening can be formed and microwaves can be transmitted into the groove.
[0092]
In the above embodiment, the movable portion has a rectangular parallelepiped plate shape, but the present invention is not limited to this, and an elliptical shape, an egg shape, a tubular shape, or the like may be used. As long as the impedance of the opening can be changed depending on the position of the movable part, the same can be done with various shapes.
[093]
In the above embodiment, an example in which the movable portion is rotated to control the position is shown, but the movement is not limited to rotation, and reciprocating motion may be used. Changing the impedance of the opening Although not shown, when driving the movable part to control the position, there is a method of providing a means for detecting the position and angle of the movable part. For example, the position and angle may be directly detected, the electric field distribution in the groove may be detected, and various methods can be considered.
[0094]
Further, it is conceivable that the movable part can be made uniform only by constant rotation or reciprocating motion without controlling the position.
[0995]
【Effect of the invention】
As described above, the present invention has the following effects.
[0906]
(1) By changing the impedance of the opening, microwaves can be propagated multiple times in the heating chamber to form various microwave distributions, and uniform heating of the entire object to be heated can be promoted. In particular, since the opening is provided on the bottom surface of the heating chamber and the impedance is changed at a position close to the object to be heated, the heating distribution of the object to be heated can be changed most effectively, and the heating of the entire object to be heated is uniform. It can promote the conversion most.
[097]
(2) Since the mounting table covers the entire bottom surface, there is no dead space at the corners as when using a turntable, and the object to be heated can be placed anywhere, or the object to be heated is the same size as the bottom surface. Can be placed to make the heating uniform. In addition, since the mounting table also plays a role of closing the opening, it is possible to eliminate the need for a dedicated cover for the opening.
[0998]
(3) The position of the opening is the position of the node of the standing wave generated in the heating chamber when there is no opening. Since the electric field is basically weak at the position of the node of the standing wave, the electric field of the opening is also It becomes weaker and the electric field concentration on the impedance variable means can be avoided. Therefore, uniform heating with high safety and reliability is possible.
[00099]
(4) Since the opening is provided at the position of the node of the standing wave generated in the heating chamber in the practical object to be heated, it is possible to surely avoid the concentration of the electric field on the impedance variable means. Therefore, uniform heating with high safety and reliability is possible.
[0100]
(5) When the wide surface of the movable part made of a dielectric is perpendicular to the depth direction of the groove (this state is defined as the reference angle 0 of the movable part), the impedance of the opening is set to zero or a value close to zero. Therefore, as the angle of the movable portion changes from 0, the effective length of the microwave in the groove portion becomes shorter, and the impedance of the opening portion shifts and increases. Therefore, the impedance of the opening can be easily changed to zero or more, and the homogenization of heating can be promoted.
[0101]
(6) In order to make the impedance of the opening zero or a value close to zero, it is sufficient to set several natural waves of 1 or more in the groove, but since one standing wave is set in the groove, The impedance of the opening can be set to zero or a value close to zero in the shallowest groove. That is, the smallest configuration can promote uniform heating.
[0102]
(7) When the movable part made of a dielectric is vertical, the impedance of the opening is set to zero or a value close to zero, and when it is horizontal, the impedance of the opening is set to an infinity or a value close to infinity. Depending on the angle, the impedance of the opening can be changed in the entire range from zero or a value close to zero to infinity or a value close to infinity, and heating uniformity can be further promoted at an arbitrary impedance.
[0103]
(8) In order to make the impedance of the opening infinite or close to infinity, it is sufficient to set (2n-1) / 2 standing waves in the groove (where n is a natural number of 1 or more). Since 1/2 standing wave is generated in the groove, the impedance of the opening can be set to infinity or a value close to infinity in the shallowest groove. That is, the smallest configuration can promote uniform heating.
[0104]
(9) The impedance variable means has a groove portion connected to the opening and the end is closed, a movable portion made of a dielectric in the groove portion, and a driving means for driving the movable portion, and the groove portion is deepened. Since the waveguide shape is less than 1/4 wavelength, the impedance of the opening is changed with an extremely small configuration that cannot be considered by the conventional wisdom of rotating antennas and rotating waveguides, and uniform heating is promoted. Can be made to.
[Simple explanation of drawings]
FIG. 1
FIG. 2 is a block diagram of a microwave heating device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a microwave oven according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of a microwave heating device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a structural sectional view of a microwave oven according to a fourth embodiment of the present invention.
(A) Structural top view of the impedance variable means according to the fifth embodiment of the present invention (b) Cross-sectional view taken along the line AA'of FIG. 5 (a). FIG.
(A) Top view of the impedance variable means according to the fifth embodiment of the present invention (b) Cross-sectional view taken along the line AA'of FIG. 6 (a). FIG.
(A) Cross-sectional view of the impedance variable means according to the fifth embodiment of the present invention (b) Cross-sectional view of the waveguide (c) Cross-sectional view of the waveguide FIG.
(A) Top view of impedance variable means showing Example 6 of the present invention (b) Cross-sectional view taken along the line AA'of FIG. 8 (a). FIG.
(A) Top view of impedance variable means showing Example 7 of the present invention (b) Cross-sectional view taken along the line AA'of FIG. 9 (a). FIG.
(A) Top view of impedance variable means showing Example 8 of the present invention (b) Cross-sectional view taken along the line AA'of FIG. 10A [Explanation of reference numerals]
1 Heated object 2 Heating chamber 3 Microwave supply means 4 Bottom 5, 23a, 23b, 23c Openings 6 Impedance variable means 7 Grooves 8 Movable parts 9 Drive means 10 Mounting stand 11 Magnetron (microwave supply means)
15 Stepping motor (driving means)
16 Termination