JP2000150138A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は高周波加熱装置に関するものであ
り、開閉手段に設けた誘電体層でのマイクロ波反射に基
づき加熱室内にマイクロ波の多重伝搬を生じさせて被加
熱物の加熱の均一化を促進するものである。 【解決手段】 加熱室１０内に被加熱物を出し入れする
開閉手段１１と、開閉手段内に設けたマイクロ波を実質
的に遮蔽する境界面２０に対して所定の間隙を有して被
加熱物に対面する側に設けた誘電体層２１とを備え、誘
電体層での反射に基いて加熱室内に保有エネルギが分配
されたマイクロ波の多重伝搬を生じさせて被加熱物の加
熱の均一化を促進させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波エネル
ギを用いて被加熱物を誘電加熱する高周波加熱装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の高周波加熱装置は、加熱室内に収
納された被加熱物の加熱の均一化を図る手段に電波攪拌
方式、被加熱物回転方式、複数給電方式あるいは凹凸形
状壁面の加熱室などを利用している。

【０００３】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、加熱室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、加熱室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。

【０００４】被加熱物回転方式は、被加熱物を載置する
載置皿を回転駆動させる構成からなる。この方式では、
加熱室構造および被加熱物の種類や形状等により決定さ
れた加熱室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。

【０００５】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加熱室内に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。加熱室内に位相の異なるマ
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。

【０００６】凹凸形状壁面の加熱室構造方式は、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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電波攪拌方式の加熱室は、金属性板状羽根によって反射
されるマイクロ波を加熱室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
することが難しい問題を有していた。

【０００８】また、被加熱物回転方式は、被加熱物の種
類や量によって加熱室内に生じる電磁場分布は自ずと決
まってしまうため、一つの被加熱物に対応して生じた電
磁場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。

【０００９】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
クロ波伝搬が加熱室内に生じるので、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問題を有していた。

【００１０】さらに、凹凸形状壁面の加熱室構造は被加
熱物の加熱の均一化を促進できうる乱反射を加熱室内に
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、加熱室の構
成が複雑となり実用性に難しい構成を強いられる課題を
有していた。

【００１１】本発明は加熱室内でのマイクロ波の伝搬に
工夫を施し、被加熱物の加熱の均一化を促進する高周波
加熱装置を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の高周波加熱装置
は上記課題を解決するために、被加熱物を収納する加熱
室と、前記加熱室に給電するマイクロ波を発生させるマ
イクロ波発生手段と、前記加熱室内に被加熱物を出し入
れするために開閉される開閉手段とを備え、前記開閉手
段は給電されたマイクロ波を実質的に遮蔽する境界面と
前記境界面と所定の間隙を有し、かつ前記被加熱物に対
面する側に設けた誘電体層とを備えている。

【００１３】本発明によれば、被加熱物が収納された加
熱室を伝搬しているマイクロ波が開閉手段の誘電体層に
入射すると、誘電体層の表面で反射波と透過波に別れ
る。この時の反射波（以下、一次反射波と称する）は再
び被加熱物が収納された加熱室内空間を伝搬し、被加熱
物に入射した時、被加熱物を誘電加熱する。また、この
時の透過波は誘電体層を伝搬して開閉手段のマイクロ波
を実質的に遮蔽する境界面側に伝搬しその境界面に入射
する。この境界面に入射したマイクロ波は、ほぼすべて
が反射し、再び誘電体層を伝搬および透過し透過波（以
下、透過後反射波と称する）として被加熱物が収納され
た加熱室内空間を伝搬する。そして、被加熱物に入射し
た時、被加熱物を誘電加熱する。

【００１４】被加熱物が収納された加熱室を伝搬する一
次反射波と透過後反射波とは、異なる経路を伝搬すると
ともにそれぞれの波が所定の位相差をもって伝搬する。
この一次反射波と透過後反射波の伝搬経路の間隔および
位相差は、誘電体層の層の実効比誘電率および層形状に
基づいて決定することができる。

【００１５】一次反射波と透過後反射波との伝搬形態を
最適にすることで加熱室内の被加熱物が収納された空間
には保有するマイクロ波エネルギがそれぞれに分配され
たマイクロ波を多重伝搬させることができ、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。

【００１６】なお、誘電体層内でのマイクロ波伝搬にお
いて、誘電体層内から加熱室側にマイクロ波が伝搬する
時にも反射と透過が発生する。被加熱物が収納された加
熱室から誘電体層の内部に透過し、誘電体層の他方の境
界層面で反射した波は、誘電体層内部を伝搬し、誘電体
層の一方の境界層面を透過して透過波（以下、二次反射
波と称する）として再び被加熱物が収納された加熱室内
空間を伝搬する。また、このような反射と透過は、マイ
クロ波エネルギがなくなるまで無限に繰り返されるが、
説明の便宜上、上述の説明方法を以下の説明文にも使用
する。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の高周波加熱装置は請求項
１に記載のように、被加熱物を収納する加熱室と、前記
加熱室に給電するマイクロ波を発生させるマイクロ波発
生手段と、前記加熱室内に被加熱物を出し入れするため
に開閉される開閉手段とを備え、前記開閉手段はマイク
ロ波を実質的に遮蔽する境界面と前記境界面と所定の間
隙を有するとともに開閉手段の前記被加熱物に対面する
側に設けた誘電体層とを備えている。

【００１８】そして、開閉手段に設けた誘電体層は、入
射したマイクロ波を反射波と透過波に分ける。一方、開
閉手段に設けたマイクロ波を実質的に遮蔽する境界面
は、マイクロ波を実質的に閉じ込めるために金属材料か
ら構成されているので、入射したマイクロ波をほぼすべ
て反射する。

【００１９】これにより、加熱室内を伝搬するマイクロ
波が誘電体層に入射した時、一部が反射して一次反射波
となる。残りの一部は誘電体層の内部に透過した後、金
属材料の境界面で反射して再び誘電体層を伝搬した後、
透過後反射波となる。一次反射波と透過後反射波とは、
異なる伝搬経路とし、さらにお互いの波に位相差を生じ
させることができる。このような一次反射波と透過後反
射波とを伝搬させることにより、被加熱物が収納された
加熱室内に保有エネルギがそれぞれに分配されたマイク
ロ波を多重伝搬させることができ、被加熱物の加熱の均
一化を促進することができる。

【００２０】また、本発明の高周波加熱装置は請求項２
に記載のように、誘電体層は、透視可能な材料にて構成
している。

【００２１】これにより、従来のこの種の高周波加熱装
置と同様に加熱室内に収納され誘電加熱される被加熱物
の加熱進行状況を開閉手段のパンチング窓を介して確認
できる。

【００２２】また、本発明の高周波加熱装置は請求項３
に記載のように、誘電体層は、その層厚さを変化させた
形状にて構成している。

【００２３】そして、被加熱物が収納された加熱室側か
ら誘電体層に入射するマイクロ波の一次反射波と透過後
反射波との間の位相差あるいは伝搬空間を誘電体層への
入射場所に応じて変化させることができる。この結果、
被加熱物を収納した加熱室内にはより複雑な多重伝搬が
形成でき被加熱物の加熱の均一化を促進することができ
る。

【００２４】また、本発明の高周波加熱装置は請求項４
に記載のように、誘電体層の層厚さは、周辺に対して中
央部を厚くした構成としている。

【００２５】これにより、誘電体層からの透過後反射波
の伝搬経路を加熱室内の中央側に移動させることがで
き、被加熱物へのマイクロ波入射を促進して加熱を促進
させることができる。

【００２６】また、本発明の高周波加熱装置は請求項５
に記載のように、誘電体層の少なくとも一方の層面を球
面形状としている。

【００２７】これにより、誘電体層からの透過後反射波
の伝搬経路の加熱室内の中央側あるいは周辺側への移動
を層厚さを変えた場合に比べてさらに集中的に移動させ
ることができ、被加熱物の形状に応じたマイクロ波入射
をより促進して被加熱物の加熱を促進させることができ
る。

【００２８】また、本発明の高周波加熱装置は請求項６
に記載のように、誘電体層は、開閉手段に着脱できる構
成としている。

【００２９】そして、被加熱物の形状や種類に応じて最
適な形状の誘電体層を装着することで加熱室内でのマイ
クロ波伝搬を選択できる。たとえば、層厚さが一様な誘
電体層、層厚さを変化させている誘電体層あるいは球面
形状の層面を有する誘電体層を被加熱物に応じて選択装
着することができる。これにより、被加熱物に応じて最
適なマイクロ波伝搬を加熱室内に形成でき、被加熱物を
最適に均一加熱することができる。

【００３０】また、本発明の高周波加熱装置は請求項７
に記載のように、誘電体層は、開閉手段に表裏のいずれ
からも着脱できる構成としている。

【００３１】そして、被加熱物の形状や種類に応じて加
熱室内でのマイクロ波伝搬を選択できる。たとえば、上
記の球面形状の層面を被加熱物側に配置した場合は加熱
室の中央部にマイクロ波を集中でき、反対に球面形状の
層面を被加熱物と反対側に配置した場合は加熱室の周辺
部にマイクロ波を分散させることができる。これによ
り、被加熱物に応じて最適なマイクロ波伝搬を加熱室内
に形成でき、被加熱物を最適に均一加熱することができ
る。

【００３２】また、本発明の高周波加熱装置は請求項８
に記載のように、誘電体層は、低誘電損失でかつ耐熱性
の材料から構成している。

【００３３】そして、誘電体層を伝搬するときのマイク
ロ波エネルギの損失を低減し被加熱物へのマイクロ波エ
ネルギの供給効率を高く維持することができる。さらに
は、耐熱性の材料で誘電体層を構成することにより、た
とえばオーブンレンジのように加熱室内空間を高温状態
にして被加熱物を加熱調理する場合の用途にも本発明の
誘電体層の適用範囲を拡大することができる。

【００３４】また、本発明の高周波加熱装置は請求項９
に記載のように、誘電体層は、給電されるマイクロ波の
周波数帯における実効比誘電率が３以上で１５以下の非
金属材料で構成している。

【００３５】そして、誘電体層の実効比誘電率を上記の
範囲に選択することで、一次反射波と透過後反射波とが
それぞれ被加熱物を誘電加熱することが可能なエネルギ
量を有するようにマイクロ波エネルギを分配させること
ができる。

【００３６】これにより、加熱室内に発生させる複数の
電磁場分布のエネルギ分配を最適設計できるので、さま
ざまな被加熱物の加熱の均一化を実現することができ
る。

【００３７】また、本発明の高周波加熱装置は請求項１
０に記載のように、誘電体層は、多孔質セラミックス材
料からなる格子状構造体としている。

【００３８】そして、多孔質セラミックス材料からなる
基材の比誘電率が１５より大きい場合でも、その基材を
用いて格子状構造体にすることで、空気層と基材との混
成構造により誘電体層の実効比誘電率を所望範囲の値に
設定することができ、非金属材料の選択の範囲を拡大し
設計自由度を高めることができる。

【００３９】また本発明の高周波加熱装置は請求項１１
に記載のように、誘電体層の層厚さは、前記誘電体層内
を伝搬するマイクロ波の実効波長に対して１／４波長未
満としている。

【００４０】そして、一次反射波と透過後反射波との伝
搬経路の間隔を１／４波長未満とすることにより、一次
反射波と透過後反射波との被加熱物への入射位置の分布
を相互に補完して被加熱物の加熱の均一化を促進するこ
とができる。

【００４１】

【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。

【００４２】（実施例１）図１は本発明の実施例１の高
周波加熱装置の構成図である。

【００４３】図１において、１０は被加熱物を収納する
加熱室、１１は加熱室１０内に被加熱物を出し入れする
ために開閉される開閉手段、１２は加熱室１０内に給電
するマイクロ波を発生するマイクロ波発生手段である。
マイクロ波発生手段１２から発生されたマイクロ波は導
波管１３を伝搬して給電部１４から加熱室１０内に給電
される。加熱室１０は給電されたマイクロ波を実質的に
その内部に閉じ込めるために金属材料から構成された金
属境界面にて実質的に閉じられている。

【００４４】この金属境界面は、右側壁面１５、左側壁
面１６、奥壁面１７、底部壁面１８、上部壁面（図示さ
れていない）、および開閉手段１１より構成されてい
る。そしてこの開閉手段１１はマイクロ波を実質的に遮
蔽するとともに加熱室１０側を透視できる開孔率からな
る開孔部１９、たとえばパンチング窓あるいはメッシュ
窓、を有する境界面２０およびこの境界面に溶接組立さ
れるとともに誘電体層２１を固定支持する誘電体層支持
部材２２から構成されている。

【００４５】また、誘電体層支持部材２２の外周部には
電波遮蔽部材２３を配設している。この電波遮蔽部材２
３は、誘電体層支持部材２２および開閉手段１１と対面
させて加熱室１０側に設けた金属フランジ部２４と機械
的構造体を形成し、金属フランジ部２４と誘電体層支持
部材２２との間隙から漏洩しようとするマイクロ波を遮
蔽させている。

【００４６】２５は電波遮蔽部材２３を覆うカバー、２
６は開閉手段１１を形どる筐体、２７は操作パネル、２
８は装置筐体である。また２９は被加熱物を載置し回転
駆動される載置台である。なお、この載置台２９は必須
部材ではない。

【００４７】誘電体層２１は、２００℃以上の耐熱温度
を有し給電されるマイクロ波帯で低誘電損失の特性を有
する樹脂材料あるいは無機材料の非金属材料を基材と
し、その基材を所定の層厚さにそれぞれ成形あるいは焼
成成形加工して構成されている。またこの誘電体層２１
は、好ましくは透視可能な材料、たとえば耐熱ガラスで
構成される。そして、この誘電体２１は、開孔部１９を
有する金属材料からなる境界面２０と所定の間隙Ｇをも
って対向配設されている。この誘電体層２１はその周縁
に突起させて設けた支持部を誘電体層支持部材２２側に
設けたはめあい孔に挿入組立する方法あるいは支持ガイ
ド（図示していない）を用いて誘電体層２１の周縁を支
持固定する方法により所定位置に支持固定される。

【００４８】次に本発明の誘電体層のマイクロ波に係る
挙動について図２および図３を用いて説明する。

【００４９】図２は誘電体層の存在下でのマイクロ波の
伝搬状態を示す図、図３は誘電体層へのマイクロ波の入
射角度に対する一次反射波と透過後反射波のエネルギ分
配を示す特性図である。

【００５０】図２において、３０は層厚さがｔ(mm)の誘
電体層である。３１は開閉手段に設けた境界面２０に対
応する金属面であり、誘電体層３０との間隙をＧ(mm)と
して示している。また、３２は誘電体層３０に入射角度
θ１でもって入射するマイクロ波である。このマイクロ
波は、誘電体層３０の一方の層面３３にて反射波３４と
透過波３５に分かれる。この時の反射波３４を以下では
一次反射波と称することにする。また、誘電体層３０内
に透過した透過波３５は、誘電体層３０の他方の層面３
６にて再び反射波３７と透過波３８に分かれる。この時
の反射波３７は、誘電体層３０内を伝搬して一方の層面
３３にてさらに反射波３９と透過波４０に分かれる。こ
の時の透過波４０を以下では二次反射波と称することに
する。

【００５１】一方、誘電体層３０の他方の層面３６にて
透過波３８となったマイクロ波は、間隙Ｇの空間を伝搬
して金属面３１に入射する。この金属面３１では、伝搬
してきたマイクロ波はほぼすべて反射し、反射波４１と
なって誘電体層３０の層面３６に入射し、反射波４２と
透過波４３に分かれる。この時の透過波４３は誘電体層
３０内を伝搬して一方の層面３３にてさらに反射波４４
と透過波４５に分かれる。この時の透過波４５を以下で
は透過後反射波と称することにする。

【００５２】層面３３にて反射した反射波３９や反射波
４４は、それが保有するマイクロ波エネルギを消滅する
まで上述した伝搬特性の挙動を繰り返す。そして誘電体
層３０の他方の層面３６で反射し、層面３３にて透過す
る波４６、４７を二次反射波に含めることにする。ま
た、誘電体層３０の他方の層面３６で透過し、間隙Ｇの
空間を伝搬した後、再び誘電体層３０内を伝搬して層面
３３にて透過した波４８、４９を透過後反射波に含める
ことにする。

【００５３】次に反射波と透過波とが保有するマイクロ
波エネルギについて説明する。簡単化のために、誘電体
層３０の誘電損失特性に基づくマイクロ波損失を無視す
ることにし、自由空間の比誘電率を１、誘電体層３０の
使用するマイクロ波の周波数帯における実効比誘電率を
ε２とする。誘電体層３０の層面における電圧反射係数
Γは（１）式で示される。

【００５４】なお、角度θ２は透過波の透過角度であ
る。

【００５５】

【数１】

【００５６】ここで、

【００５７】

【数２】

【００５８】また、入射波のエネルギをＰ(Watts)と
し、一次反射波のエネルギをＰ１、二次反射波のエネル
ギをＰ２および透過後反射波のエネルギをＰ３とする
と、それぞれの波が保有するマイクロ波エネルギはにて
表すことができる。

【００５９】

【数３】

【００６０】

【数４】

【００６１】

【数５】

【００６２】上記の（２）、（３）および（４）式を用
いて、各反射波のエネルギ量を計算した結果を図３
（ａ）、（ｂ）に示す。図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ
入射角度θ１が０度と４５度の場合を示している。また
５０は一次反射波、５１は二次反射波、５２は透過後反
射波の特性をそれぞれ示している。実効比誘電率が１の
場合は誘電体層がない場合に相当し、透過後反射波しか
生じない。誘電体層を設けることで一次反射波を生じ、
また誘電体層の実効比誘電率を大きくすると一次反射波
が有するマイクロ波エネルギが増加し、反対に透過後反
射波のマイクロ波エネルギが減少する。さらに、入射角
度が４５度の場合、実効比誘電率を約７に選択すること
で、一次反射波と透過後反射波とがそれぞれに保有する
マイクロ波エネルギ量を等しくすることが可能となる。

【００６３】以上のように作用するマイクロ波伝搬を基
に加熱室内での誘電体層の作用について図４および図５
を用いて説明する。

【００６４】図４は図１の加熱室内におけるマイクロ波
伝搬の一例を示す図である。図４において、マイクロ波
発生手段１２が発生したマイクロ波は導波管１３を伝搬
して給電部１４から加熱室１０内に放射される。５３
は、給電部１４から放射されたマイクロ波の進行波の一
つを示す。このマイクロ波５３は、誘電体層２１に入射
するときその層面で一次反射波５４と透過波５５に分か
れる。透過波５５は誘電体層２１内を伝搬し誘電体層２
１の他方の層面で反射波（図示していない）と透過波５
６に分かれる。この透過波５６は開閉手段のマイクロ波
を実質的に遮蔽する境界面２０に入射する。この境界面
２０でこの透過波５６は完全反射した後、誘電体層２１
側へ反射され誘電体層２１に入射する。誘電体層２１内
に透過した波は誘電体層２１内を伝搬しもう一方の層面
を透過した波が加熱室内側に伝搬する。５７がこの波で
あり、透過後反射波である。加熱室内１０を伝搬する一
次反射波５４および透過後反射波５７は、それぞれ加熱
室１０を形成する各壁面で完全反射され、再び誘電体層
２１に入射する。

【００６５】なお、図４においては一次反射波５４が誘
電体層２１に再び入射した時の誘電体層２１内への透過
波５８は誘電体層２１のもう一方の層面の位置に配設さ
れた誘電体層支持部材２２の影響を受けて、もう一方の
層面でマイクロ波は完全反射することになる。この現象
は、加熱室１０内に収納された被加熱物に対面する開閉
手段１１の領域全体に誘電体層２１を配設していないこ
とに起因する。しかし、このような現象によって加熱室
１０内を伝搬するマイクロ波の割合は極めて少ないた
め、加熱室１０内を伝搬するマイクロ波のほとんどを一
次反射波と透過後反射波にて占有させることができ、加
熱室１０内のマイクロ波を多重伝搬させることができ
る。この結果、マイクロ波エネルギを分散保有するマイ
クロ波の多重伝搬により被加熱物の均一加熱を促進させ
ることができる。

【００６６】次に図５について説明する。図５は、加熱
室１０内での強電界の発生メカニズムを説明する図であ
る。

【００６７】図４に示した一次反射波５４と透過後反射
波５７の進行波の相対関係をそれぞれ進行波５９、６０
にて示す。透過後反射波５７の進行波６０は、誘電体層
２１を透過して伝搬してきたので進行波の先頭６０ａは
一次反射波５４の進行波５９の先頭５９ａに比べて進行
位置が遅れた状態として描いている。

【００６８】一方、マイクロ波発生手段１２から発生さ
れたマイクロ波は給電部１４から加熱室１０内の様々な
方向に放射される。図４に示したマイクロ波５３とは異
なる方向へ放射されるマイクロ波６１を付加して以下の
説明をする。

【００６９】マイクロ波６１は加熱室１０を形成する各
壁面で完全反射して伝搬した後、誘電体層２１に入射す
る。そして一次反射波６２と透過波に分かれる。一次反
射波６２の進行波を６３とする。透過波は誘電体層２１
内を伝搬しさらに透過した波は開閉手段の境界面２０に
おいて完全反射する。この反射した波が再び加熱室１０
側に透過すると透過後反射波６４になる。

【００７０】ここで、加熱室１０内の特定位置として一
次反射波５４の進行方向の点Ａを選択して考える。点Ａ
における一次反射波５４の電界強度はプラスの最大値で
ある。また一次反射波６２の電界強度はプラスの最大値
である。従って、点Ａにおける電界強度は二つの一次反
射波５４、６２の合成によって形成された結果、電界強
度がプラスの最大となる。同様に透過後反射波５７上の
点Ｂを選択すると、点Ｂにおける電界強度は透過後反射
波５７と一次反射波６２の合成によって形成された結
果、ほぼ零になる。この点Ａおよび点Ｂを含むように被
加熱物が収納されている場合、上記の状態においては、
被加熱物の点Ａの位置が強く誘電加熱されるが点Ｂの位
置はほとんど加熱されない。

【００７１】この点Ａのような電界強度がプラスの最大
（あるいはマイナスの最大）になる位置は、加熱室１０
内のマイクロ波伝搬を多重化させているので、時間経過
に伴って加熱室内の至る場所で生じる。この結果被加熱
物はマイクロ波エネルギによって均一に加熱される。

【００７２】以上に説明したように、開閉手段に設けた
誘電体層２１は、入射したマイクロ波を反射波と透過波
に分ける。一方、開閉手段に設けたマイクロ波を実質的
に遮蔽する境界面２０は、マイクロ波を実質的に閉じ込
めるために金属材料から構成されているので、入射した
マイクロ波をほぼすべて反射する。これにより、加熱室
１０内を伝搬するマイクロ波が誘電体層２１に入射した
時、一部が反射して一次反射波となる。残りの一部は誘
電体層２１の内部に透過した後、金属材料の境界面２０
で反射して再び誘電体層２１を伝搬した後、透過後反射
波となる。被加熱物を収納する加熱室１０内での一次反
射波と透過後反射波とは、異なる空間を伝搬することに
なるとともにお互いの伝搬経路の近接する空間では位相
差を生じることになる。このような一次反射波と透過後
反射波とを伝搬させることにより、被加熱物が収納され
た加熱室内に保有エネルギがそれぞれに分配されたマイ
クロ波を多重伝搬させることができ、被加熱物の加熱の
均一化を促進することができる。

【００７３】また、誘電体層２１を透視可能な材料にて
構成したことにより、従来のこの種の高周波加熱装置と
同様に加熱室内に収納され誘電加熱される被加熱物の加
熱進行状況を開閉手段の開孔窓１９を介して確認でき
る。

【００７４】さらにまた、本発明の主目的である被加熱
物の加熱の均一化を促進することに対応させたマイクロ
波の多重伝搬の実現には、誘電体層２１の実効比誘電率
の選択が重要な因子であることが上述した内容から理解
されるであろう。以下にこの実効比誘電率の選択につい
て本発明が提供する内容を説明する。

【００７５】多重伝搬を発生させるには、開閉手段１１
のマイクロ波を実質的に遮蔽する金属境界面で反射する
透過後反射波と誘電体２１層の層面で反射する一次反射
波とにそれぞれ適当なマイクロ波エネルギ量を分配させ
ることである。

【００７６】そして、多重伝搬効用を最大限に作用させ
る一つの目安は、一次反射波と透過後反射波とがそれぞ
れに保有するマイクロ波エネルギ量を等量にすることで
ある。このエネルギ量等配分に関しては、図３より誘電
体層２１へのマイクロ波入射角度によって、エネルギ量
を等配分する実効比誘電率の値が変わることが示唆され
ている。しかし、千差万別の表面形状を有する被加熱物
を加熱の対象と考えた場合、被加熱物の表面で反射した
反射波もいずれは誘電体層２１に入射することになるた
め、誘電体層２１へのマイクロ波の入射角度は最小値の
０度を含めて実効比誘電率を選択し、また誘電体層２１
は少なからずのマイクロ波損失を生じて透過後反射波の
エネルギは現実には減少することと被加熱物から反射波
としてより大きな入射角度の存在を考慮して、実効比誘
電率の最小値として３以上を選択している。また、被加
熱物表面での反射を考慮し、入射角度の最小値が０度、
また誘電体層の誘電損失発生を考慮すると、実効比誘電
率の最大値として１５以下の範囲、好ましくは１０以下
を選択する。

【００７７】また、開閉手段はマイクロ波を遮蔽する境
界面と誘電体層との間に空気層を持った構造体としたこ
とにより、開閉手段の断熱性能を高くすることができ
る。従って、本発明の開閉手段構成をオーブンレンジに
適用することでオーブン加熱調理の利便性を高めること
ができる。

【００７８】（実施例２）次に本発明の実施例２を図６
を用いて以下に説明する。図６は本発明の実施例２を示
す高周波加熱装置の部分構成図である。

【００７９】実施例２が実施例１と相違する構成は、開
閉手段に設けた誘電体層の層厚さを変化させた形状構成
としたことである。すなわち、誘電体層６５はその中央
部の層厚さを周辺部に比べて厚く構成している。

【００８０】この構成により、誘電体層６５に入射した
マイクロ波の一次反射波６６と透過後反射波６７との伝
搬間隔Ｗが不均一になる。つまり、層厚さが厚い領域に
入射したマイクロ波の一次反射波と透過後反射波との伝
搬間隔は、層厚さが薄い領域に入射したマイクロ波によ
って形成される一次反射波と透過後反射波との伝搬間隔
に比べてその間隔が狭くなる。図示したように中央部の
層厚さを周辺部に比べて厚くすることで誘電体層６５か
ら反射して伝搬するマイクロ波を加熱室１０の中央部側
に集めることができる。この結果、加熱室１０の中央部
に収納された被加熱物の加熱の均一化と同時に加熱それ
自体の促進を実行させることができる。

【００８１】また一方、誘電体層の中央部の層厚さを周
辺部に比べて薄く構成することにより、加熱室内でのマ
イクロ波伝搬を加熱室の壁面側方向に分散させることが
できる。誘電体層の層厚さを変化させた構成により、誘
電体層からの透過後反射波の伝搬経路を加熱室内の中央
側あるいは周辺側に移動させることができ、被加熱物の
形状に応じて被加熱物へのマイクロ波入射を促進して加
熱を促進させることができる。

【００８２】（実施例３）次に本発明の実施例３につい
て図７を用いて説明する。実施例３が上記した実施例と
比べて相違する点は、誘電体層の少なくとも一方の層面
を球面形状に構成したことである。すなわち、図７にお
いて誘電体層６８は一方の層面を球面形状としている。
図においては、開閉手段のマイクロ波を実質的に遮蔽す
る境界面２０側に配設した誘電体層６８の層面を球面形
状としている。

【００８３】この構成により、誘電体層６８に入射した
マイクロ波の一次反射波６９と透過後反射波７０との伝
搬間隔は、誘電体層６８から遠ざかるにつれて拡大して
いく。つまり、加熱室１０内を伝搬するマイクロ波を加
熱室１０内全体に分散させるように作用させることがで
きる。この結果、大きな形状からなる被加熱物、たとえ
ば冷凍ピザ、あるいは加熱室全体に分散した被加熱物、
たとえば冷凍餃子、冷凍たこ焼きなどのような被加熱物
の加熱の均一化を促進させることができる。

【００８４】また一方で、球面形状の層面を被加熱物側
に設けることにより誘電体層からの透過後反射波を加熱
室の中央部側に集中させることができる。誘電体層の層
面を球面形状構成とすることにより、誘電体層からの透
過後反射波の伝搬経路の加熱室内の中央側あるいは周辺
側への移動を実施例２に示した誘電体層の層厚さを変え
た場合に比べてさらに集中的に移動させることができ、
被加熱物の形状に応じマイクロ波入射の集中あるいは分
散をより促進して被加熱物の加熱を促進させることがで
きる。

【００８５】（実施例４）次に本発明の実施例４につい
て説明する。実施例４は、上記した各実施例構成の誘電
体層を開閉手段に着脱できる構成としている。

【００８６】これにより、被加熱物の形状や種類に応じ
て最適な形状の誘電体層を装着することで加熱室内のマ
イクロ波伝搬を選択できる。すなわち、層厚さが一様な
誘電体層、層厚さを変化させている誘電体層あるいは球
面形状の層面を有する誘電体層を被加熱物に応じて選択
装着することができる。この結果、被加熱物の種類・量
・形状に応じて最適なマイクロ波伝搬を加熱室内に形成
でき、被加熱物を最適に均一加熱することができる。

【００８７】（実施例５）次に本発明の実施例５につい
て説明する。実施例５は開閉手段から着脱できる誘電体
層を開閉手段に表裏のいずれからも装着できる構成とし
ている。

【００８８】そして、被加熱物の形状や種類に応じて加
熱室内でのマイクロ波伝搬を選択できる。たとえば、実
施例３で示した球面形状の層面を被加熱物側に配置した
場合は加熱室の中央部にマイクロ波を集中でき、反対に
球面形状の層面を被加熱物と反対側に配置した場合は加
熱室の周辺部にマイクロ波を分散させることができる。
これにより、単一の誘電体層部材を利用して、被加熱物
に応じて最適なマイクロ波伝搬を加熱室内に形成でき、
被加熱物を最適に均一加熱する利便性を提供することが
できる。

【００８９】（実施例６）次に本発明の実施例６につい
て説明する。この実施例は誘電体層を格子状構造体とし
たものである。

【００９０】誘電体層がモノリシック形状な場合、層厚
さは、誘電体層内を伝搬するマイクロ波の実効伝搬波長
に対して１／４波長未満で構成する。

【００９１】一方格子状構成の誘電体層の場合、層厚さ
を大きくし機械的強度を高めることができる。また、多
孔質セラミックス材料からなる基材の比誘電率が１５よ
り大きい場合でも、その基材を用いて格子状構造体にす
ることで、空気層と基材との混成構造により誘電体層の
層の実効比誘電率を所望範囲の値に設定することがで
き、非金属材料の選択の範囲を拡大し設計自由度を高め
ることができる。

【００９２】（実施例７）次に本発明の実施例７につい
て説明する。ここでは誘電体層の層厚さの取扱いについ
ての説明である。

【００９３】誘電体層を存在させたことによって誘電体
層から被加熱物側に伝搬するマイクロ波の挙動をもっと
も端的に変化させるには一次反射波と透過後反射波の位
相差を１８０度とすることである。このことは、誘電体
層にマイクロ波を垂直入射（入射角度が０度）させた場
合を考えれば容易に理解される。すなわち垂直入射の場
合、透過後反射波と誘電体層に１８０度遅れて入射した
波とが同位相となり、二つの波は重畳されることにな
る。このような一次反射波と透過後反射波との重畳は本
発明のエネルギ量分配の趣旨に反する。従って、被加熱
物の加熱を均一化させる観点からの多重伝搬による最大
の変化を与えうる基本的条件は、一次反射波と透過後反
射波とに９０度の位相差を生じさせることである。

【００９４】被加熱物を収納した空間を共振させること
なく多重伝搬を生じさせるには、一次反射波と透過後反
射波との位相差を確実に形成させることが必要である。
このために、本発明の実施例７は開閉手段のマイクロ波
を実質的に遮蔽する境界面と誘電体層とが形成する間隙
寸法Ｇに誘電体層の層厚さｔを加算した寸法を、加熱室
内に給電され誘電体層および自由空間を伝搬するマイク
ロ波の実効波長に対して１／４波長未満としている。

【００９５】なお、本発明では、上述の位相差を１／４
波長未満の寸法に構成すればよいが、本発明の多重伝搬
効用を最大限に実現するためにより好ましくは、略１／
８波長の寸法がよい。

【００９６】なお、上述の各実施例に示した構成部材お
よびその構造はそれぞれを組み合わせて実施させること
ができる。

【００９７】

【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。

【００９８】（１）本発明の請求項１の高周波加熱装置
によれば、開閉手段に設けた誘電体層により一次反射波
と透過後反射波とを形成させるとともに互いの伝搬経路
を異ならし、さらにお互いの波に位相差を生じさせるこ
とができる。このような一次反射波と透過後反射波とを
伝搬させることにより、被加熱物が収納された加熱室内
に保有エネルギがそれぞれに分配されたマイクロ波を多
重伝搬させることができ、被加熱物の加熱の均一化を促
進することができる。

【００９９】（２）本発明の請求項２の高周波加熱装置
によれば、誘電体層を透視可能な材料にて構成している
ので、従来のこの種の高周波加熱装置と同様に加熱室内
に収納され誘電加熱される被加熱物の加熱進行状況を開
閉手段のパンチング窓を介して確認できる。

【０１００】（３）本発明の請求項３の高周波加熱装置
によれば、誘電体層は、その層厚さを変化させた形状に
て構成しているので、被加熱物が収納された加熱室側か
ら誘電体層に入射するマイクロ波の一次反射波と透過後
反射波との間の位相差あるいは伝搬空間を誘電体層への
入射場所に応じて変化させることができる。この結果、
被加熱物を収納した加熱室内にはより複雑な多重伝搬が
形成でき被加熱物の加熱の均一化を促進することができ
る。

【０１０１】（４）本発明の請求項４の高周波加熱装置
によれば、誘電体層の層厚さは、周辺に対して中央部を
厚くした構成としたことより、誘電体層からの透過後反
射波の伝搬経路を加熱室内の中央側に移動させることが
でき、被加熱物へのマイクロ波入射を促進して加熱を促
進させることができる。

【０１０２】（５）本発明の請求項５の高周波加熱装置
によれば、誘電体層の少なくとも一方の層面を球面形状
としたことにより、誘電体層からの透過後反射波の伝搬
経路を加熱室内の中央側あるいは周辺側への移動を層厚
さを変えた場合に比べてさらに集中的に移動させること
ができ、被加熱物の形状に応じたマイクロ波入射をより
促進して被加熱物の加熱を促進させることができる。

【０１０３】（６）本発明の請求項６の高周波加熱装置
によれば、誘電体層は、開閉手段に着脱できる構成とし
たことにより、被加熱物の形状や種類に応じて誘電体層
の形状を変えることで加熱室内でのマイクロ波伝搬を選
択できる。たとえば、層厚さが一様な誘電体層、層厚さ
を変化させている誘電体層あるいは球面形状の層面を有
する誘電体層を被加熱物に応じて選択装着することがで
きる。これにより、被加熱物に応じて最適なマイクロ波
伝搬を加熱室内に形成でき、被加熱物を最適に均一加熱
することができる。

【０１０４】（７）本発明の請求項７の高周波加熱装置
によれば、誘電体層は、開閉手段に表裏のいずれからも
着脱できる構成としている。そして、被加熱物の形状や
種類に応じて加熱室内でのマイクロ波伝搬を選択でき
る。たとえば、上記の球面形状の層面を被加熱物側に配
置した場合は加熱室の中央部にマイクロ波を集中でき、
反対に球面形状の層面を被加熱物と反対側に配置した場
合は加熱室の周辺部にマイクロ波を分散させることがで
きる。これにより、被加熱物に応じて最適なマイクロ波
伝搬を加熱室内に形成でき、被加熱物を最適に均一加熱
することができる。

【０１０５】（８）本発明の請求項８の高周波加熱装置
によれば、誘電体層は、低誘電損失でかつ耐熱性の材料
から構成しているので、誘電体層を伝搬するときのマイ
クロ波エネルギの損失を低減し被加熱物へのマイクロ波
エネルギの供給効率を高く維持することができる。さら
には、耐熱性の材料で誘電体層を構成することにより、
たとえばオーブンレンジのように加熱室内空間を高温状
態にして被加熱物を加熱調理する場合の用途にも本発明
の誘電体層の適用範囲を拡大することができる。

【０１０６】（９）本発明の請求項９の高周波加熱装置
によれば、誘電体層は、給電されるマイクロ波の周波数
帯における実効比誘電率が３以上で１５以下の非金属材
料で構成したことにより、一次反射波と透過後反射波と
がそれぞれ被加熱物を誘電加熱することが可能なエネル
ギ量を有するようにマイクロ波エネルギを分配させるこ
とができるので、加熱室内に発生させる複数の電磁場分
布のエネルギ分配を最適設計でき、さまざまな被加熱物
の加熱の均一化を実現することができる。

【０１０７】（１０）本発明の請求項１０の高周波加熱
装置によれば、誘電体層は、多孔質セラミックス材料か
らなる格子状構造体としているので、多孔質セラミック
ス材料からなる基材の比誘電率が１５より大きい場合で
も、その基材を用いて格子状構造体にすることで、空気
層と基材との混成構造により誘電体層の実効比誘電率を
所望範囲の値に設定することができ、非金属材料の選択
の範囲を拡大し設計自由度を高めることができる。

【０１０８】（１１）本発明の請求項１１の高周波加熱
装置によれば、誘電体層の層厚さは、前記誘電体層内を
伝搬するマイクロ波の実効波長に対して１／４波長未満
としているので、一次反射波と透過後反射波との伝搬経
路の間隔を１／４波長未満とすることができ、一次反射
波と透過後反射波との被加熱物への入射位置の分布を相
互に補完して被加熱物の加熱の均一化を促進することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の高周波加熱装置の構成図

【図２】本発明に係わる誘電体層の存在下でのマイクロ
波伝搬状態を示す図

【図３】（ａ）本発明に係わる誘電体層へのマイクロ波
入射角度が０度の場合の反射波のエネルギ分配に与える
影響を示す特性図 （ｂ）本発明に係わる誘電体層へのマイクロ波入射角度
が４５度の場合の反射波のエネルギ分配に与える影響を
示す特性図

【図４】図１の要部構成とマイクロ波伝搬挙動を示す図

【図５】図１の要部構成とマイクロ波合成に伴う電界強
度特性を示す図

【図６】本発明の実施例２を示す高周波加熱装置の要部
構成とマイクロ波挙動を示す図

【図７】本発明の実施例３を示す高周波加熱装置の要部
構成とマイクロ波挙動を示す図

【符号の説明】

１０ 加熱室 １１ 開閉手段 １２ 高周波発生手段 ２０ 境界面 ２１ 誘電体層 ６５ 層厚さを変化させた誘電体層 ６８ 球面形状の誘電体層 ｔ 誘電体層の層厚さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉野 浩二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3K090 AA01 BA01 EB02 EB33 3L086 AA01 BA08 BB09 BC01 DA06 DA12

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室
   に給電するマイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段
   と、前記加熱室内に被加熱物を出し入れするために開閉
   される開閉手段とを備え、前記開閉手段は給電されたマ
   イクロ波を実質的に遮蔽する境界面と、前記境界面と所
   定の間隙を有し、かつ前記被加熱物に対面する側に設け
   た誘電体層とを備えた高周波加熱装置。
2. 【請求項２】誘電体層は、透視可能な材料にて構成した
   請求項１記載の高周波加熱装置。
3. 【請求項３】誘電体層は、その層厚さを変化させた形状
   にて構成した請求項１または請求項２記載の高周波加熱
   装置。
4. 【請求項４】誘電体層の層厚さは、周辺に対して中央部
   を厚くした構成からなる請求項３記載の高周波加熱装
   置。
5. 【請求項５】誘電体層の少なくとも一方の層面を球面形
   状とした請求項１または請求項２記載の高周波加熱装
   置。
6. 【請求項６】誘電体層は、開閉手段に着脱できる構成と
   した請求項１記載の高周波加熱装置。
7. 【請求項７】誘電体層は、開閉手段に表裏のいずれから
   も着脱できる構成とした請求項６記載の高周波加熱装
   置。
8. 【請求項８】誘電体層は、低誘電損失でかつ耐熱性の材
   料から構成した請求項１記載の高周波加熱装置。
9. 【請求項９】誘電体層は、給電されるマイクロ波の周波
   数帯における実効比誘電率が３以上で１５以下の非金属
   材料で構成した請求項１記載の高周波加熱装置。
10. 【請求項１０】誘電体層は、多孔質セラミックス材料か
    らなる格子状構造体とした請求項１記載の高周波加熱装
    置。
11. 【請求項１１】誘電体層の層厚さは、前記誘電体層内を
    伝搬するマイクロ波の実効波長に対して１／４波長未満
    とした請求項１記載の高周波加熱装置。