JP2004063311A - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導波管の管軸と加熱室壁面の中心線が一致しない場合に、開口部構成の工夫によって管軸に対して非対称な指向性を有するマイクロ波放射を引き起こし、結果的に加熱室内における加熱分布を均一化する。
【解決手段】開口部５が導波管の管軸１０から見て片側のＥ面にのみ構成されているので、開口部５から加熱室３内に放射されるマイクロ波の指向性に関しては、開口部５のある側への指向性を強くすることができる。特に、加熱室中央に直状の発熱体１３を配置した場合、導波管２を発熱体１３と略平行となるように同一壁面に配置し、管軸１０から見て開口部５を発熱体１３側にのみ構成したので、発熱体側に指向性の強いマイクロ波放射ができる。よって発熱体による加熱とマイクロ波による加熱を、それぞれ均一にすることができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、食品などの被加熱物をマイクロ波により加熱するマイクロ波加熱装置に関するものであり、特に導波管から放射されるマイクロ波の向きを開口部により最適化して加熱分布の改良をねらうものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のマイクロ波加熱装置としては例えば、特開２０００−１６４３４１号公報に記載されているようなものがあった。まず図１２は従来のマイクロ波加熱装置の断面構成図、図１３は同斜視図、図１４、図１５は図１２のＰ−Ｐ’断面図である。
【０００３】
代表的な放射手段であるマグネトロン１から放射されたマイクロ波は、導波管２により加熱室３内に導かれ、加熱室３内に載置された被加熱物４を加熱するものである。このとき導波管２と加熱室３の結合部には、加熱室３壁面をくりぬいた開口部５を有しており、開口部５は言わばマイクロ波の放射口としての役割をになうものである。導波管２は、幅広のＨ面６と幅の狭いＥ面７により断面がａ×ｂなる箱型に構成され、マグネトロン１の出力アンテナ８から矢印９の方向にマイクロ波を伝送するものである。よって矢印９の方向をマイクロ波の伝送方向と呼ぶことにする。また導波管２の断面（斜線部１０）は、導波管２の対称軸であり、管軸と呼ぶことにする。
【０００４】
導波管２の形状として、一般的には、マイクロ波の波長をλとした場合、Ｈ面の距離ａ（導波管２の幅）をλ／２＜ａ＜λの範囲に、Ｅ面の距離ｂ（導波管２の厚み）をｂ＜λ／２に選ぶことで、ＴＥ１０モードを励振することになる。より具体的には、例えばマイクロ波加熱装置を電子レンジとした場合、λ≒１２２ｍｍ、ａ＝８０〜９０ｍｍ、ｂ＝１５〜４０ｍｍに選ぶことがほとんどである。
【０００５】
図１４の場合、開口部５はＨ面にあって導波管幅ａに等しい幅寸法を有し、管軸１０に対して対称に配置されているから、出力アンテナ８から見ても対称となる。よって、開口部から加熱室へと伝送されるマイクロ波の、図１４の左右方向への指向性も対称となる。また図１５の場合、開口部５、１１ａ、１１ｂを有しているが、やはり管軸１０に対して対称に配置されているから、図１４と同様に図１５の左右方向への指向性も対称となる。
【０００６】
また特開平８−１２４６７０号公報には、図１６のような構成が記載されているが、開口部１２ａ、１２ｂは管軸１０に対して対称に配置されているから、同様に図１６の左右方向への指向性も対称となる。
【０００７】
これらの従来のマイクロ波加熱装置は、加熱むらを起こさないようにするために開口部からのマイクロ波をいかに均一に放射させるかを考えた構成であり、管軸に対して対称形状とするのはごく自然な考え方であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記従来の構成は、管軸が加熱室壁面の中心線と一致する場合に加熱室内を均一に加熱できるということにほかならない。たとえば加熱室が直方体である場合、壁面は長方形となるので対称軸を為す二本の中心線が存在する。このいずれかに導波管の管軸を一致させることができる場合は、管軸に対して対称形状の開口部により加熱室に対しても対称にマイクロ波を放射することができ、均一な分布を期待することができる。
【０００９】
ところがそのような構成にできない場合がある。最近の電子レンジではオーブン機能を有するものが主流であるが、そのためにたとえば図１７のように、天面の中央を管ヒータ１３が横断しているような場合も想定される。この図は電子レンジを上から見た図であり、この時、管ヒータ１３を避けて横に導波管２を平行に配置しようとすると、管軸１０は加熱室３天面の中心線１４、１５のいずれとも一致させることができない。この構成において図１４から図１６に示したような開口部を採用すると、管軸１０に対して対称にマイクロ波が放射されるので、加熱室の後方（図１７の上方）の電界強度が強く、前方（図１７の下方）の電界強度が弱くなり、結果的に被加熱物の後が熱く前が冷たいような加熱むらが起こりやすい。
【００１０】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、導波管の管軸と加熱室壁面の中心線が一致しない場合に、開口部構成の工夫によって管軸に対して非対称な指向性を有するマイクロ波放射を引き起こし、結果的に加熱室内における加熱分布を均一化することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を放射する放射手段と、Ｅ面の開口部を介して前記放射手段を加熱室に結合する導波管とを有するものである。
【００１２】
これによって、管軸に対して開口部のある側への指向性の強いマイクロ波放射を起こすことができ、導波管の管軸と加熱室壁面の中心線が一致しない場合に加熱分布を均一化することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を放射する放射手段と、前記放射手段を加熱室に結合する導波管とを備え、前記導波管のＥ面に開口部を有するものである。
【００１４】
導波管のＥ面の開口部を介して放射手段を加熱室に結合するので、開口部から加熱室内に放射されるマイクロ波の指向性に関しては、開口部のある側への指向性を強くすることができる。
【００１５】
また請求項２に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、加熱室壁面とは角度の異なる導波管Ｅ面を結合するために結合空間を有する構成としたものである。
【００１６】
結合空間を有する構成としたので、結合空間を介して導波管と加熱室とを結合することが容易となり、開口部からのマイクロ波をスムーズに加熱室内に導くことができる。
【００１７】
また請求項３に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、加熱室壁面と導波管Ｅ面の角度が略９０度異なる構成としたものである。
【００１８】
加熱室壁面と導波管のＥ面の角度が９０度異なる構成としたので、開口部からのマイクロ波の向きが加熱室壁面に平行な向きとなるので、最も指向性の高いマイクロ波放射を起こすことができる。
【００１９】
また請求項４に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、結合空間を加熱室壁面と一体に構成したものである。
【００２０】
また請求項５に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、結合空間を導波管と一体に構成したものである。
【００２１】
結合空間を加熱室壁面や導波管と一体に構成すれば、結合空間の構成が簡単であり、極めて容易に実現可能である。
【００２２】
また請求項６に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、導波管のＨ面を加熱室壁面に平行に結合する構成としたものである。
【００２３】
導波管のＨ面を加熱室壁面に平行に結合するので結合面の導波管壁面を加熱室壁面で共用することが可能となり、コンパクトに配置できる。
【００２４】
また請求項７に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を放射する放射手段と、前記放射手段を加熱室に結合する導波管と、導波管を構成する面のうち前記加熱室と結合した面とは異なる面の開口部からマイクロ波を伝送する構成としたものである。
【００２５】
加熱室と結合した面とは異なる面の開口部からマイクロ波を伝送することで、異なる面の側に強い指向性を有するマイクロ波の放射が容易に実現可能である。
【００２６】
また請求項８に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、開口部は、導波管の管軸から見て加熱室壁面の中心側のＥ面に位置する構成としたものである。
【００２７】
開口部が管軸から見て加熱室天面の中心側のＥ面に位置するので、加熱室の中心側へのマイクロ波の指向性が強くなる。よって、加熱室の中心が強くて中心から離れるにつれて弱くなるような、加熱室の中心を基準とした対称的なマイクロ波の分布を実現できるので、結果的に被加熱物の加熱分布を均一化することができる。
【００２８】
また請求項９に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、開口部、加熱室壁面ともに略長方形状とし、それぞれ二本の中心線を考えた時、一方の中心線は並行でかつ他方の中心線は直交する構成としたものである。
【００２９】
この場合、開口部を有する面と加熱室壁面とが直交し、開口部の二本の中心線の交点から加熱室壁面の二本の中心線の交点に向けて、マイクロ波の指向性を強くすることができるとともに、直交する中心線を含む面の両側へはマイクロ波の指向性を対称的にすることができる。よって、加熱室の中心が強くて中心から離れるにつれて弱くなるような、加熱室の中心を基準とした対称的なマイクロ波の分布を容易に実現できるので、結果的に被加熱物の加熱分布を均一化することができる。
【００３０】
また請求項１０に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、開口部は、導波管の高さ方向よりもマイクロ波伝送方向に長い形状としたものである。
【００３１】
導波管は一般に扁平で高さが低い形状であるが、開口部が、導波管の高さ方向の寸法よりもマイクロ波伝送方向の寸法を長くしたので、開口部の形状を大きくすることができ、効率的にマイクロ波を伝送することができる。
【００３２】
また請求項１１に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、開口部の長さは、マイクロ波の導波管内の波長をλｇとしたときに、λｇ／８以上かつ２λｇ以下としたものである。
【００３３】
また請求項１２に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、開口部の長さは、λｇ／４以上かつλｇ以下としたものである。
【００３４】
開口部の長さＬをλｇ／８以上かつ２λｇ以下とし、中でも特にλｇ／４以上かつλｇ以下としたので、容易に開口部をマイクロ波伝送方向に長い形状とすることができる。特に、長さが短くなりすぎると加熱室にマイクロ波が入りにくくなり、長さが長くなり過ぎると導波管が長くなって部材の量やコストが増えたり、加熱室の強度が弱くなったりする可能性も有る。本発明によれば、適当な長さを選択することができるのでこれらの問題を回避することができる。
【００３５】
また請求項１３に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、開口部を略長方形状とした時の幅は、少なくとも１０ｍｍ以上としたものである。
【００３６】
開口部の幅Ｗは導波管の片側つまりａ／２以下で選べるが、１０ｍｍ以上としておけば安全性にも問題が無い。電子レンジなどのように１０００ｋＷ前後の出力の場合は、異常使用時でもスパークなどが起こりにくい構成にすべきであり、１０ｍｍ以上を確保することで、極めて安全に利用できる。
【００３７】
また請求項１４に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、開口部の幅は導波管の厚みより小さく、かつ前記導波管の厚み方向の中央に位置する構成としたものである。
【００３８】
また、開口部の幅方向の位置は導波管の厚み方向の中央に位置する構成としたので、開口部の幅方向の両側に均等に導体部を形成することができ、一方の導体部から他方の導体部に向けて容易に電界が立つので、開口部から結合空間に効率的にマイクロ波が伝送され、加熱室内にもマイクロ波を効率的に伝送できる。
【００３９】
また請求項１５に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、直状の発熱体を有し、前記発熱体と導波管とを、前記発熱体の長手方向とマイクロ波伝送方向が略並行となるように同一壁面に配置し、開口部は前記導波管の管軸から見て前記発熱体側のＥ面にのみ構成されたものである。
【００４０】
管軸から見て開口部を発熱体側のＥ面にのみ構成したので、発熱体側に指向性の強いマイクロ波放射ができる。発熱体が一本の場合、発熱体による輻射加熱分布を均一するためには、できるだけ加熱室中央に配置したいということが想定される。本発明の構成により、発熱体を加熱室中央付近に配置しつつ、マイクロ波放射も発熱体側、即ち加熱室中央に向けることができ、発熱体による加熱とマイクロ波による加熱を、それぞれ均一にすることができる。
【００４１】
また請求項１６に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、壁面上に直状のしぼり部を形成し、前記しぼり部と導波管とを、前記しぼり部の長手方向とマイクロ波伝送方向が略並行となるように同一壁面に配置し、開口部は前記導波管の管軸から見て前記しぼり部側のＥ面にのみ構成されたものである。
【００４２】
開口部を管軸から見てしぼり部側のＥ面にのみ構成することで、しぼり部側に指向性の強いマイクロ波放射ができる。よって、しぼり部があるために導波管の配置が制限される場合でも、しぼり部側に向けて強いマイクロ波放射が可能となり、しぼり部の有無の影響を受けずに被加熱物を均一に加熱することができる。
【００４３】
また請求項１７に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、壁面の中央に導波管配置を妨げる部品を有する時、前記部品側に前記導波管のＥ面を対向させて配置し、開口部は前記導波管の管軸から見て前記部品側のＥ面に位置する構成としたものである。
【００４４】
開口部を管軸から見て部品側のＥ面にのみ構成することで、部品側に指向性の強いマイクロ波放射ができる。よって、部品があるために導波管の配置が制限される場合でも、部品側に向けて強いマイクロ波放射が可能となり、部品の有無の影響を受けずに被加熱物を均一に加熱することができる。
【００４５】
また請求項１８に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、加熱室内に被加熱物を載置する載置網を有し、前記載置網の網目と開口部の長手方向を一致させる構成としたものである。
【００４６】
載置網の網目と開口部の長手方向の向きとを一致させると、開口部の幅方向にかかる向きの電界がそのまま網目の幅方向にもかかりやすく、電界が順次網目間を伝わって載置網上を伝搬することになるので、載置網に沿って均一な電界分布が得やすい。
【００４７】
さらに請求項１９に記載の発明のマイクロ波加熱装置は、開口部の近傍でマイクロ波を攪拌する攪拌手段を有する構成としたものである。
【００４８】
攪拌手段でマイクロ波を攪拌することにより、マイクロ波が加熱室内で共振することによる定在波の発生を防ぎ、定在波による加熱むらを抑えてより均一化することができる。
【００４９】
以上によって、管軸に対して開口部のある側への指向性の強いマイクロ波放射を起こすことができ、導波管の管軸と加熱室壁面の中心線が一致しない場合に加熱分布を均一化することができる。
【００５０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００５１】
（実施例１）
図１から図３は、本発明の実施例１におけるマイクロ波加熱装置の構成図である。図１は上から見た図であり図２のＲ−Ｒ’断面図でもある。図２は図１の加熱室の第２の中心線１５でのＱ−Ｑ’断面図、図３は図１のＳ−Ｓ’断面図である。
【００５２】
代表的な放射手段としてのマグネトロン１から放射されたマイクロ波は、導波管２により加熱室３内に導かれ、加熱室３内に載置された被加熱物４を加熱するものである。このとき導波管２と加熱室３の結合部には開口部５を有しており、開口部５は言わばマイクロ波の放射口としての役割をになうものである。導波管２は、幅広のＨ面６と幅の狭いＥ面７により断面がａ×ｂなる箱型に構成されているが、Ｈ面６の下側は加熱室３天面のしぼり１６の水平な部分に結合され（即ちＨ面と加熱室壁面が平行）、Ｅ面７の開口部５側はしぼり１６の上部にさらにしぼりで形成された結合空間１７に結合されている。結合空間１７により、一般に水平に構成される加熱室天面と、導波管Ｅ面とがある角度（本実施例では９０度）を有する場合にも結合することができる。
【００５３】
マイクロ波の伝送方向は、マグネトロン１の出力アンテナ８から図１、図３の左方向に伝送していき、開口部５を介して、結合空間１７、しぼり１６を通って加熱室３内に導かれることになる。このときマイクロ波の自由空間内での波長λ＝１２２ｍｍ、ａ＝８０ｍｍ、ｂ＝１５〜４０ｍｍを選んだ場合、導波管内の伝送方向の波長（管内波長）をλｇとすると、λｇ＝λ／（１−（λ／（２ａ））＾２）＾０．５≒１８９ｍｍとなる。加熱室３の天面にはミラクロンヒータなどの管ヒータに代表される直状の発熱体１３を有し、被加熱物４に焦げ目をつけるなどオーブン調理やトースター調理に使用されるものである。このとき発熱体１３を避けるため導波管２は加熱室の後方（図１、図３の上側、図２の右側）に配置せざるを得ず、開口部も同様の配置となる。
【００５４】
またこのとき図３から明らかなように、開口部５は長さＬで幅Ｗの細長い長方形状（導波管２の高さ方向に狭く伝送方向に長い）であり、開口部５の対称軸を為す二本の中心線１８、１９が、略長方形と考えた時の加熱室天面の対称軸を為す二本の中心線１４、１５と以下のような関係にある。即ち一方の中心線同志（１４と１８）は平行、他方の中心線同志（１５、１９）は直交する関係である。
【００５５】
またこの構成では、中心線１４、１５の交点２０を加熱室３天面の中心と考えると、開口部５は管軸１０から見て加熱室の中心２０側に位置する構成である。また本実施例では、開口部５の形状は、Ｌ＝８０ｍｍ、Ｗ＝１５ｍｍを選んでいる。図３によれば導波管２の厚みはマグネトロン１側と開口部５側で異なるが、開口部５近傍での厚みをｂとすると中心線１８がｂの中央に一致する構成であり、即ち開口部５は導波管２の厚み方向の中央に位置している。
【００５６】
また開口部の寸法Ｗ＜ｂとなるように、ｂ＝２０ｍｍ、Ｗ＝１５ｍｍ、ｓ１＝２．５ｍｍ、ｓ２＝２．５ｍｍとしている。また、ドア２１は加熱室３正面に開閉自在に取りつけられたドア、載置網２２は被加熱物４を載置するものである。載置網２２については、図４に上から見た図を示したが、載置網の網目は多数の細長い形状のスリット２３により形成されており、スリット２３と開口部５とは平行な向きに構成されている。
【００５７】
また図２、図３にはしぼり１６の内部に攪拌手段としてのアンテナ２４を配置し、モータ２５によりアンテナ軸２６を回転させることで時間とともにアンテナ２４の向きを変え、マイクロ波を攪拌することで均一化を果たしている。
【００５８】
引き続き開口部５の作用についてシミュレーション結果を用いて補足する。図５、図６は開口部形状による電界強度のシミュレーション結果を示し、図５はＨ面に設けた従来の開口部２７の場合、図５は本実施例の開口部５の場合である。また図５、図６とも（ａ）は開口の下方２０ｍｍの電界強度、（ｂ）は開口の下方８０ｍｍの電界強度を示しており、図中の線は等電界強度線である。図５、図６とも（ａ）より（ｂ）の方が等電界強度線の目が粗いので、電界強度が弱くなっていることになり、即ち開口部から遠ざかると電界強度が弱くなることがわかる。
【００５９】
まず図５の従来の開口部２７の場合、管軸１０に沿って右側から伝送されてきたマイクロ波に対して、開口は管軸１０に対して対称形状なので図５の上側と下側に対称な電界強度分布となる。また一般に導波管内では対向するＨ面間に電界が立っているので、辺ｃからも電界が立とうとしており、Ｈ面上に開口部２７を設けた場合は、開口部２７を挟み込むようにｃからｅ（あるいはｅからｃ）向きの電界が容易に発生する。通常、導波管内ではＴＥ１０モードが起こっており、導波管の中央（管軸１０）での電界が最も強く、導波管の端部での電界は０になることが知られている。よって辺ｄや辺ｆは電界が０になろうとする位置であるために、ｃあるいはｅからの電界を受け入れられず、ｃ−ｅ間にのみ電界が発生する。そしてこの電界の向きにより、図の左右方向に電界が伝搬しやすくなり、等電界強度線が左右に伸びたような形状となっている。
【００６０】
一方図６の本実施例の場合、まず管軸１０に沿って右側から伝送されてきたマイクロ波に対して、開口部５はＥ面にあるため管軸１０に対して非対称形状なので図６の上側と下側に非対称な電界強度分布となる。特に開口部５から加熱室にマイクロ波が伝送されるのだから、開口部５での電界強度が強くなる。また等電界強度線の中でも電界強度が最も強い内側の線に注目すると、（ａ）より（ｂ）の方が図６の下側にあり、これは開口部５から離れるに従って下に移動するという下向きに指向性の強い状態になっていることがわかる。
【００６１】
ここで開口部５の大きさに関しては、大きさが小さくなると伝送しにくくなる（効率が悪くなる）がＥ面はＨ面より狭いのであまり厚み方向の大きさがとれない。よって本発明の開口部５の場合には、導波管の幅方向よりもマイクロ波伝送方向に細長い開口形状が望ましい。具体的には管内波長λｇを用いて、開口部の長さ（図３のＬ）はλｇ／８以上かつ２λｇ以下、できればλｇ／４以上かつλｇ以下が望ましい。ちなみに長さが長くなり過ぎると、導波管が長くなって部材の量やコストが増えたり、加熱室の強度が弱くなったりする可能性も有る。そして特に本実施例ではλｇ＝１８９ｍｍでＬ＝８０ｍｍとしている。
【００６２】
一方、開口部の幅（図３のＷ）は導波管の厚みｂ以下とならざるを得ないが、電子レンジなどのように１０００ｋＷ前後の出力の場合は、異常使用時でもスパークなどを回避するという安全性を考慮して１０ｍｍ以上にすることが望ましい。特に本実施例ではｂ＝２０ｍｍでＷ＝１５ｍｍとしている。
【００６３】
また、開口部５をマイクロ波伝送方向に細長い形状にすれば、開口部５にかかる電界の向きは距離の近い所（図３の上下間）にかかるので、この向きの電界に合うように加熱室３内の電界も前後方向（図６の上下方向）を向き、結果的に図６のような上下方向に伸びたような等電界強度線となると考えられる。
【００６４】
図７は特性図であり、被加熱物として４つのビーカーに５００ｃｃずつ水を入れて図のように配置して加熱した場合の温度分布を示している。配置がわかるように導波管２、加熱室３、開口部５についても記している。図中の数字は、２分５０秒間加熱して、加熱終了後の温度と加熱前の温度との差をとった温度上昇度で示している。（ａ）は従来の開口部２７での特性、（ｂ）は本実施例の開口部５による特性であり、本実施例の方が加熱むらが小さくなっている。具体的には、（ａ）の最大値と最小値の比は１０．０／１．６≒６であり、（ｂ）の最大値と最小値の比は１２．０／６．１＝２であるから、両者の加熱むらは６：２で約３倍程度異なるという結果である。もちろん図７（ｂ）の本実施例の結果では、十分に均一とは言えないので開口部５形状の最適化など今後の改善が必要である。
【００６５】
最後に、本実施例のマイクロ波加熱装置による効果について記載する。
【００６６】
まず、導波管２のＥ面７の開口部５を介してマグネトロン１を加熱室３に結合するので開口部５から加熱室３内に放射されるマイクロ波の指向性に関しては、開口部５のある側への指向性を強くすることができる。
【００６７】
また、加熱室３壁面とは角度の異なる導波管２のＥ面７を結合するために結合空間１７を有する構成としたので、導波管２と加熱室３との結合が容易であり開口部５からのマイクロ波をスムーズに加熱室３内に導くことができる。
【００６８】
また、加熱室３壁面と導波管２のＥ面７の角度が９０度異なる構成としたので、開口部５からのマイクロ波の向きが加熱室３壁面に平行な向きとなるので、最も指向性の高いマイクロ波放射を起こすことができる。
【００６９】
また結合空間１７を、しぼりにより加熱室３壁面と一体に構成したので、構成が容易である。
【００７０】
また、導波管２のＨ面６を加熱室３壁面に平行に結合するので結合面の導波管２壁面を加熱室３壁面で共用できるとともに、コンパクトに配置できる。
【００７１】
また、開口部５が管軸１０から見て加熱室３天面の中心２０側に位置するので、加熱室３の中心２０側へのマイクロ波の指向性が強くなり、結果的に加熱室内における加熱分布を均一化することができる。
【００７２】
また、開口部５、加熱室３天面ともに略長方形状であり、それぞれの二本の中心線のうち、一方の中心線１４、１８が平行でかつ他方の中心線１５、１９は直交する。この時のマイクロ波の指向性は、図１の開口部５の上下方向には下向きに強くなり、かつ開口部５の左右方向へは対称的にすることができる。つまり加熱室に対して均一に放射することができる。
【００７３】
また、開口部５は、導波管２の高さ方向の寸法Ｗよりもマイクロ波伝送方向の寸法Ｌが長いので、開口部５の形状を大きくすることができ、効率的にマイクロ波を伝送することができる。
【００７４】
また、開口部の長さＬをλｇ／８以上かつ２λｇ以下とし、中でもλｇ／４以上かつλｇ以下としたので、容易に開口部５をマイクロ波伝送方向に長い形状とすることができる。本実施例では、Ｌ＝８０ｍｍとして示したが、これに限定されるものではない。長さが短くなる（例えば４０ｍｍ未満）と加熱室３にマイクロ波が入りにくくなる場合があり、長さが長くなり過ぎる（たとえば２００ｍｍ超）と導波管が長くなって部材の量やコストが増えたり、加熱室の強度が弱くなったりする可能性も有る。そして特に本実施例ではλｇ＝１８９ｍｍでＬ＝８０ｍｍとしている。
【００７５】
また、開口部５の幅Ｗは導波管の厚みｂ以下で選べば良いが、電子レンジなどのように１０００ｋＷ前後の出力の場合は、異常使用時でもスパークなどを回避するという安全性を考慮して１０ｍｍ以上にすることが望ましい。特に本実施例ではｂ＝２０ｍｍでＷ＝１５ｍｍとしている。
【００７６】
また、開口部５の幅Ｗ方向の位置は導波管２の厚み方向の中央に位置する構成としたので、ｓ１を形成する導体部分と、ｓ２を形成する導体部分との間で、一方の導体部から他方の導体部に向けて容易に電界が立つので、開口部から結合空間に効率的にマイクロ波が伝送され、加熱室内にもマイクロ波を効率的に伝送できる。
【００７７】
また、直状の発熱体１３と導波管２とを略平行となるように同一壁面に配置し、管軸１０から見て開口部５を発熱体１３側のＥ面にのみ構成したので、発熱体側に指向性の強いマイクロ波放射ができる。特に本実施例のような一本の発熱体の場合、発熱体による輻射加熱分布を均一にするためには、できるだけ加熱室中央に発熱体１３を配置したいということが想定される。本実施例では、発熱体１３を加熱室中央付近に配置しつつ、マイクロ波放射も加熱室中央に向けることができ、発熱体による加熱とマイクロ波による加熱を、それぞれ均一にすることができる。
【００７８】
また、載置網２２のスリット２３を開口部５の長手方向と一致させたので、開口部５の幅方向にかかる向きの電界がそのままスリット２１の幅方向にもかかりやすく、電界が載置網２３上を伝搬しやすいので、より均一化の効果が見込める。
【００７９】
さらに、開口部５の近傍でマイクロ波を攪拌するアンテナ２４を有するので、マイクロ波の加熱室３内の共振による定在波の発生を防ぎ、定在波による加熱むらを抑えてより均一化することができる。
【００８０】
（実施例２）
図８は、本発明の実施例２のマイクロ波加熱装置の構成図である。
【００８１】
図８（ａ）は代表的なマイクロ波加熱装置である電子レンジを正面から見た断面構成図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＴ−Ｔ’断面、図８（ａ）は図８（ｂ）のＵ−Ｕ’断面という関係である。本実施例は結合空間と導波管を一体に構成したもので、導波管２内に仕切り板２８を挿入することで結合空間２９を形成しており、仕切り板２８上に開口部３０を有する構成である。マイクロ波を透過させる材質（マイカやポリプロピレン）からなるカバー３１、直状のしぼり部で構成されたレール３２、被加熱物を載置して回転させるターンテーブル３３などを有している。特にレール３２を壁面のしぼり部で構成する方法は、オーブン機能を有する製品の場合に角皿を乗せるために良く用いられる構成である。
【００８２】
本実施例では、レール３２は角皿を載せても水平に維持できるように、図８（ａ）の紙面に垂直に長い形状であり、導波管２の長手方向をレール３２に略平行に配置し、開口部３０を管軸１０から見てレール３２側のＥ面にのみ構成することで、レール３２側に指向性の強いマイクロ波放射ができる。よって図８のようにレール３２があるために導波管２が壁面の上方にしか配置できない場合でも、下向きのマイクロ波放射が実現できるので、被加熱物を均一に加熱することができる。特に図８の構成において、被加熱物の形状が平らなものの場合、ターンテーブル３３に置くと随分低い位置に被加熱物があることになるので、より顕著な効果が期待できる。
【００８３】
また本実施例では導波管２内に仕切り板２８を入れるだけで結合空間２９を構成するという簡単な構成であり、極めて容易に実現可能である。
【００８４】
（実施例３）
図９は、本発明の実施例３のマイクロ波加熱装置の構成図である。
【００８５】
本実施例では、導波管２を加熱室３の内側から取りつけており、開口部３４は取りつけた面（Ｈ面６）とは異なる面（Ｅ面７）に構成されている。部品３５は湿度センサユニットであり、加熱室壁面の蒸気穴３６、湿度検知部３７などから成るものである。また導波管２内に攪拌手段としてのアンテナ３８を有しているが、これはモータ３９によりアンテナ軸４０を回転させることで、開口部３４から加熱室３内に放射されるマイクロ波の向きを変更可能としている。
【００８６】
本実施例では、壁面の中央に導波管配置を妨げる部品３５があるが、部品３５側に導波管２のＥ面７を対向させて配置し、開口部３４は前記導波管から見て前記部品３５側のＥ面７に位置するので、部品３５側に向かって（図９の右から左への）指向性のあるマイクロ波を伝送することができて、加熱室内にマイクロ波を均一に放射することが可能となり、被加熱物を均一に加熱することができる。
【００８７】
部品としては、たとえば赤外線センサなどの他のセンサであるとか、通気用のパンチング孔であるとか庫内灯であるとか、スタラー用のモータであるとか、いろいろな部品が考えられる。もちろんここに記載したものでなくても、導波管配置を妨げるようなものがある場合、本発明の考え方に基づき、開口部の形状と導波管配置を変えることで、加熱室内にマイクロ波を均一に放射することが可能となり、被加熱物を均一に加熱することができる。
【００８８】
また、加熱室と結合したＨ面とは異なるＥ面の開口部からマイクロ波を伝送するという極めて簡単な構成により、指向性を有するマイクロ波の放射が容易に実現可能である。
【００８９】
（実施例４）
図１０は、本発明の実施例４のマイクロ波加熱装置の導波管近傍の構成図である。
【００９０】
本実施例では、加熱室３壁面の形状を傾斜させ、導波管２の角度を斜めに構成している。たとえば加熱室天面の大部分が水平であっても図１０のように一部にしぼり部を設けるだけで、導波管Ｅ面の角度を変えられることを示した例である。必要なマイクロ波の指向性に応じて、角度で調節することが可能である。
【００９１】
そしてこのしぼり部を、実施例２で述べたようなレールとして利用することも可能である。
【００９２】
（実施例５）
図１１は、本発明の実施例５のマイクロ波加熱装置の導波管近傍の構成図である。
【００９３】
本実施例では加熱室３壁面のしぼり部４３で導波管の壁面のうちの３面を形成する構成である。この場合最後の１面となるＨ面を板４４により構成できる。また開口部４５を導波管の２面にまたがる構成としている。
【００９４】
【発明の効果】
以上のように、本発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を放射する放射手段と、Ｅ面の開口部を介して前記放射手段を加熱室に結合する導波管とを有するものである。
【００９５】
これによって、管軸に対して開口部のある側への指向性の強いマイクロ波放射を起こすことができ、導波管の管軸と加熱室壁面の中心線が一致しない場合に加熱分布を均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるマイクロ波加熱装置の構成図
【図２】本発明の実施例１におけるマイクロ波加熱装置の断面構成図
【図３】本発明の実施例１におけるマイクロ波加熱装置の断面構成図
【図４】本発明の実施例１における載置網の構成図
【図５】（ａ）本発明の実施例１における開口下２０ｍｍの電界強度分布図
（ｂ）本発明の実施例１における開口下８０ｍｍの電界強度分布図
【図６】（ａ）本発明の実施例１に関してシミュレーションで求めた開口下２０ｍｍの電界強度分布図
（ｂ）本発明の実施例１に関してシミュレーションで求めた開口下８０ｍｍの電界強度分布図
【図７】（ａ）従来の構成におけるビーカー内の水の温度分布図
（ｂ）本発明の実施例１におけるビーカー内の水の温度分布図
【図８】（ａ）本発明の実施例２におけるマイクロ波加熱装置の正面図
（ｂ）本発明の実施例２におけるマイクロ波加熱装置の導波管近傍の構成図
【図９】本発明の実施例３におけるマイクロ波加熱装置の構成図
【図１０】本発明の実施例４におけるマイクロ波加熱装置の導波管近傍の構成図
【図１１】本発明の実施例５におけるマイクロ波加熱装置の導波管近傍の構成図
【図１２】従来のマイクロ波加熱装置の構成図
【図１３】従来のマイクロ波加熱装置のマグネトロンと導波管の斜視構成図
【図１４】従来のマイクロ波加熱装置の開口部の構成図
【図１５】従来のマイクロ波加熱装置の開口部の構成図
【図１６】従来のマイクロ波加熱装置の開口部の構成図
【図１７】発熱体を有するマイクロ波加熱装置の構成図
【符号の説明】
１　マグネトロン（放射手段）
２、４３　導波管
３　加熱室
４　被加熱物
５、３０、３４、４１、４５　開口部
６　Ｈ面
７　Ｅ面
１０　管軸
１３　発熱体
１４　加熱室の第１の中心線
１５　加熱室の第２の中心線
１７、２９　結合空間
１８　開口部の第１の中心線
１９　開口部の第２の中心線
２０　加熱室の中心
２２　載置網
２３　スリット（網目）
２４、３８　アンテナ（攪拌手段）
３２　レール（しぼり部）
３５　部品（湿度センサユニット）
４２　しぼり部（レール）

Claims (19)

1. マイクロ波を放射する放射手段と、前記放射手段を加熱室に結合する導波管とを備え、前記導波管のＥ面に開口部を有するマイクロ波加熱装置。
2. 加熱室壁面とは角度の異なる導波管Ｅ面を結合するための結合空間を有する構成とした請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
3. 加熱室壁面と導波管Ｅ面の角度が略９０度異なる構成とした請求項２記載のマイクロ波加熱装置。
4. 結合空間を加熱室壁面と一体に構成した請求項２記載のマイクロ波加熱装置。
5. 結合空間を導波管と一体に構成した請求項２記載のマイクロ波加熱装置。
6. 導波管のＨ面を加熱室壁面に平行に結合する構成とした請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
7. マイクロ波を放射する放射手段と、前記放射手段を加熱室に結合する導波管と、導波管を構成する面のうち前記加熱室と結合した面とは異なる面の開口部からマイクロ波を伝送するマイクロ波加熱装置。
8. 開口部は、導波管の管軸から見て加熱室壁面の中心側のＥ面に位置する構成とした請求項１、２、６、７のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
9. 開口部、加熱室壁面ともに略長方形状とし、それぞれ二本の中心線を考えた時、一方の中心線は並行でかつ他方の中心線は直交する構成とした請求項１、２、６、７のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
10. 開口部は、導波管の高さ方向よりもマイクロ波伝送方向に長い形状とした請求項１、２、６、７のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
11. 開口部の長さは、マイクロ波の導波管内の波長をλｇとしたときに、λｇ／８以上かつ２λｇ以下とした請求項１０記載のマイクロ波加熱装置。
12. 開口部の長さは、λｇ／４以上かつλｇ以下とした請求項１１記載のマイクロ波加熱装置。
13. 開口部を略長方形状とした時の幅は、少なくとも１０ｍｍ以上とした請求項１０記載のマイクロ波加熱装置。
14. 開口部の幅は導波管の厚みより小さく、かつ前記導波管の厚み方向の中央に位置する構成とした請求項１、２、６、７のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
15. 直状の発熱体を有し、前記発熱体と導波管とを、前記発熱体の長手方向とマイクロ波伝送方向が略並行となるように同一壁面に配置し、開口部は前記導波管の管軸から見て前記発熱体側のＥ面にのみ構成された請求項１、２、６、７のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
16. 壁面上に直状のしぼり部を形成し、前記しぼり部と導波管とを、前記しぼり部の長手方向とマイクロ波伝送方向が略並行となるように同一壁面に配置し、開口部は前記導波管の管軸から見て前記しぼり部側のＥ面にのみ構成された請求項１、２、６、７のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
17. 壁面の中央に導波管配置を妨げる部品を有する時、前記部品側に前記導波管のＥ面を対向させて配置し、開口部は前記導波管の管軸から見て前記部品側のＥ面に位置する構成とした請求項１、２、６、７のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
18. 加熱室内に被加熱物を載置する載置網を有し、前記載置網の網目と開口部の長手方向を一致させる構成とした請求項１、２、６、７のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
19. 開口部の近傍でマイクロ波を攪拌する攪拌手段を有する構成とした請求項１、２、６、７のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。

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