JP2004184031A - Microwave oven - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、均一加熱性能を向上させたオーブン機能付き電子レンジに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子レンジの均一加熱方式には、負荷である被加熱物を回転させるいわゆるターンテーブル方式と、マイクロ波の放射源たるアンテナを回転させる方式との二種類があった。ターンテーブル方式は文字どうり負荷を載せたテーブルを回転させる方式であり、視覚的効果と比較的良好な加熱性能により、広く採用されてきた。一方、放射源を回転させる方式は、本来の放射源たるマグネトロンを回転させる事は困難であり、その代わりに、導波管に結合したアンテナを回転させる方式が実用化されていたが、均一加熱の点では若干劣ると言わざるを得ない性能であった(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
図9はその主要部断面図であるが、導波管1内部は矩形H01モードが励振され、図に矢印で描いた如き電界があり、導波管内部に挿入された回転アンテナ2の垂直部分2aにはこの電界により電流Ivが流れる。この電流が垂直部分2aの下端に到達する間にマイクロ波が放射され、水平部に流れる電流Ihはほとんどなくなると想像される。アンテナ自体が回転しても放射源である垂直部分は位置変化がなく、放射源が回転しているとは言い難い方式であった。
【0004】
ターンテーブル方式も必ずしも万能ではなく、欧米の本格的オーブンの四角い天板や金網を棚から容易に出し入れする方式と比較すると、操作性で劣るだけでなく、食品の積載範囲が円形テーブル内部に限定される点や、回転の振動等による液体のこぼれ、多段調理が困難である点などがあり、最近はターンテーブルを取り去り、加熱室の底部にマイクロ波を通過するセラミック板をに設け、その下でアンテナを回転させるノンターン方式が普及しだしている。
【0005】
また、類似の形状を持つ円筒形状の回転アンテナと、管内波長が等しい断面長方形の突出し導波管とを有するものもある(特許文献2参照。)。
【0006】
【特許文献1】
特開昭58―181289号公報
【特許文献2】
特開昭52−006147号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこの方式も底面にヒーターを設ける事ができない為、本格的オーブンと比較すると、まだ物足りない。オーブンにとって下火は最も重要であるが、上記ノンターンは本来の意味の下火が設けられない為に、熱源を後方に設け、その熱を風として移動させ、下火の役割を与える熱風循環方式を採用している。しかしながら底面には熱容量が大きく、熱の不良導体でもあるセラミック板があるので、結果的に熱効率が低くなり、下火の調節も困難である。欧米のオーブンは熱風循環方式であっても加熱室底面にヒーターを設ける例が多い。加熱室内部の底面付近にヒーターを設けた例と、加熱室外部、底面の下に密着してヒーターを取付ける例とがあり、各々長所短所があるが、何れにしろ下火がそれだけ重要である証である。
【0008】
加熱室底面にヒーターを設けた本格的オーブンを実現するには、底面に一切の回転機構を設けずに、しかも均一性能が優れた方式が必要である。その為には、マイクロ波放射源自体が回転する機構を底面以外、例えば上面に設ける方式が望まれる。放射アンテナそのものが回転する本来の意味の回転アンテナが必要なのである。
【0009】
前述した如く、マグネトロン自体を回転させる事は困難であるが、マグネトロンが取付けられた導波管を回転させる事はマグネトロンそのものよりは多少簡単であると想像できる。本発明は、この考えを実現せんとするもので、底面にヒーターを設けた本格的オーブンに採用可能な、回転する放射源を上面に設け、均一加熱性能に優れた電子レンジを提供することを目的とする。
【0010】
【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、本発明の電子レンジは、オーブン箱と、導波管と、マグネトロンと、円筒導波管とを有し、オーブン箱の天面略中央を中心軸として前記円筒導波管を回転させ、前記マグネトロンと導波管は前記円筒導波管をH11モードに励振させてなる構成である。
【0011】
これによって、H11モードに励振された円筒導波管がオーブン箱天面中央を中心軸として回転しているのでマグネトロンから伝送された電力が回転しながらオーブン箱に放射されるので良く攪拌され、均一加熱性能が向上する。
【0012】
【発明の実施の形態】
請求項1に記載の発明は、オーブン箱と、導波管と、マグネトロンと、円筒導波管とを有し、オーブン箱の天面略中央を中心軸として前記円筒導波管を回転させ、前記マグネトロンと導波管は前記円筒導波管をH11モードに励振させてなる構成である。これによって、H11モードに励振された円筒導波管がオーブン箱天面中央を中心軸として回転しているのでマグネトロンから伝送された電力が回転しながらオーブン箱に放射されるので良く攪拌され、均一加熱性能が向上する。
【0013】
請求項2に記載の発明は、導波管は矩形断面を有し、H01モードに励振され、その管内波長を前記H11モードに励振された円筒導波管の管内波長と等しくした構成であり、これによって円筒導波管は、回転途中の任意の角度において常にH01モードの矩形導波管に円形の端面を対向させるので矩形H01モードと同一方向の電界を持つ円形H11モードが円筒内部に励振され、安定した電力伝達が行なわれる。
【0014】
請求項3に記載の発明は、オーブン箱天面略中央に円筒形状の攪拌室を設け、前記H11モードに励振された円筒導波管をこの攪拌室内部に収納した構成であり、これによって矩形導波管から円筒導波管へ伝達されなかった電力も、円筒導波管の外側と攪拌室の内側との間で一種の回転を受けるので、本来の円筒導波管を通過した電力とが共に同期して回転する為に攪拌効果が増加する。
【0015】
請求項4に記載の発明は、オーブン箱天面に、連続する複数の線分で構成されたシーズヒーターを設け、少なくとも攪拌室下方及びその周囲1/4波長の範囲内部のシーズヒーターは、前記円筒導波管H11モードの主電界と直交する線分のみとした構成であり、これにより電界とシーズヒーターとが直交するので円筒導波管と被加熱物との間にシーズヒーターが存在するにも関わらず、電界は乱され無い。従って攪拌効果、均一加熱性能は良好に維持される。
【0016】
請求項5に記載の発明は、攪拌室周囲1/4波長の範囲外で、シーズヒーターとオーブン箱天面とを金属で接続してなる構成であり、これにより電界が乱されずにヒーターが保持、固定され、信頼性の高い電子レンジが実現できる。
【0017】
【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。
【0018】
(実施例1)
図1は、本発明の第1の実施例における電子レンジの主要部分の断面を示す図である。導波管1は幅86mm、高さ40mmの矩形断面を持ち、高さ方向で曲げられ、Cの字を伏せた様な形状をしている。Cの字の一端、短い垂直部分1aは、円筒形状の攪拌室3の天面中央に固定される。攪拌室3はオーブン箱4の天面中央に固定される。攪拌室3の内部には直径約100mm長さ60mmの円筒導波管である回転アンテナ2がセラミック丸棒5に固定された状態で収納される。
【0019】
セラミック丸棒5は前記導波管1の45度傾斜部分の壁面及び壁面に固定された金属製軸受6を貫通して外部に伸び、受動歯車7が取り付けられる。受動歯車7は駆動歯車8と勘合し、駆動歯車8はモーター9の出力軸に取り付けられる。丸棒5は導波管1の終端1aの中心、攪拌室3である円筒の中心軸、及びオーブン箱4のほぼ中央全てと一致する。導波管1の終端垂直部1aの攪拌室3との結合部には薄いマイカ板製の蓋10が取り付けられ、この中央に開けられた丸孔と、前記金属製軸受6とで丸棒5を、導波管1の終端1aの中央を通って、垂直に支持する。攪拌室3の底面にはガラス板11が金属製固定板12により取り付けられる。
【0020】
その下方、オーブン箱4の天面近くにシーズヒーター13が取り付けられる。オーブン箱4の左右壁面は凹凸の溝形状4aが形成され、その凹溝に金属製すのこ網14が着脱自在に挿入される。すのこ網14は周囲の四角い額縁状の比較的太い線材14aと、この対向する辺を結ぶ細い線材14bから成り、細い線材14bは、図には32個の小さな円として描かれており、図の表面に垂直で互いに平行、中央付近は狭く、左右の周辺付近は広い間隔で固定される。図示の如く凹溝は3対あり、すのこ網14は全ての凹溝に挿入可能である。このすのこ網14の上に描いたのは陶磁器製スープカップ15であり、左右に丸い取っ手が有る。導波管1の前記1aとは反対側にはマグネトロン16が取り付けられる。なおオーブン箱4の底面下方には下火の役割を担うヒーターが取り付けられるが、本実施例を説明する上で必要無いので省略し、描かない。
【0021】
図2は図1のA−A’ 面から見た平面図である。ヒーター13は上下に走る6本の線分13aと、これらを結ぶ曲線部分13b及び左右一対の支持金具13c、13dと、この支持金具とオーブン箱の天面とを結ぶ吊下げ金具13e、13fとから成る。このシーズヒーター13の下方にはすのこ網14上に載せられたスープカップ15が4個描かれている。図の上部に描かれた台形は熱風吹き出し部分17であり、下部に描かれた横長の長方形は扉18である。中央部には二点鎖線で導波管1、回転アンテナ2及び攪拌室3を描いた。攪拌室の外側約30mmの破線は、攪拌室から1/4波長の領域3aである。前述の支持金具13c、13dと、吊下げ金具13e、13fはこの領域3aの外に位置している。
【0022】
図3は回転アンテナ2とセラミック丸棒5とが組み立てられた状態を示す斜視図である。セラミック丸棒5の上端付近には小さな丸穴5aが開けられ、前述の受動歯車7との固定に用いられる。下部には二ヵ所、所謂Dカット部分5b(本図2では良く見えない。図5参照)が設けられる。薄い金属板製、回転アンテナ2の円筒部分2aは、固定部分2bで二重に重ねられて溶接され、直径約100mm、高さ約60mmの円筒形状を持つ。固定部2b周囲には細長い角孔2e(図4参照)が合計4個開けられ、下端が左側に45度曲がったf字形状、アルミナ磁器製のアンテナ固定具19の45度曲がった部分19a(図6参照)が挿入される。f字上端19bの四半円部分とその下の突起部分とは前記セラミック丸棒5のDカット部5bの半分に勘合する形状とする。一対のアンテナ固定具19によりセラミック丸棒5のDカット部分5bを両側から鋏み、この時、下端の45度曲がった部分は互いに外側を向く。固定金具20は両端を45度折り曲げた形状(図6参照)であり、この両端45度部分と前記アンテナ固定具19下端の45度曲がった部分とを接する様にして回転アンテナ2にビス止めする。その結果アンテナ固定具19は回転アンテナ2の角孔2eの外側を支点として回動し、左右のf字上端部19bが近づき、Dカット5bに勘合して回転アンテナ2とセラミック丸棒5とを固定する。本実施例ではセラミック丸棒5の中心と回転アンテナ2の円筒の中心とは約20mm離した。
【0023】
図4は回転アンテナ2の斜視図、図5はセラミック丸棒の斜視図、図6はアンテナ固定具19の斜視図であり、図7は固定金具20の斜視図である。
【0024】
以上のように構成された電子レンジについて、以下にその動作、作用を説明する。
【0025】
まず、導波管1の寸法及びマグネトロン16の発振周波数2450MHzと導波管1への取り付け方法により、内部には矩形H01モードが励振され、その電界は高さ40mmの方向を向く。その結果、終端1a付近で電界は図2の中央部に描いた如く、左右方向を向く。図8はその電界付近を取り出して描いた平面図であり、導波管1の終端1a、攪拌室3及び回転アンテナ2を示す。図8の左右は同一の状態を示す平面図であるが、左には導波管1内部の電界を、右には回転アンテナ内部の電界を、各々左右に分けて描き、両者の差を強調した。上中下の差はアンテナ2の回転角度の差であり、時計廻りに上から45度づつ回転した状態を示す。
【0026】
左側半分の導波管1内部では、矢印で描いた電界は上述の如く左右方向を向き、導波管1の中央が強く、密集し、両端は弱く、疎らになる。最も強い位置は攪拌室3の中央でもある。いわゆるH01モード、長方形導波管における最も遮断周波数の低いモードである。この電界により、右半分に描いたアンテナ2内部電界では、円筒の中心付近に密集した円弧状の電界が発生する。円筒導波管における最も低い遮断周波数を持つH11モードである。幅86mmの長方形導波管におけるH01モードの管内波長と、直径100mmの円筒導波管におけるH11モードの管内波長は共に多くの教科書に記載されているのでここでは省略するが、両者はほぼ等しい値を有する。
【0027】
H11モード電界の最も強い位置はアンテナ2の中央であり、攪拌室3の中央からは少しずれた位置、本実施例では前述の如く約20mm離れた位置である。導波管1の終端1aを垂直に取付け、円筒導波管である回転アンテナ2の中心軸も垂直にし両者を接近させたので図の左右方向に電界を持つ導波管1のH01モードから、同じく左右方向の電界である円筒導波管のH11モードにスムーズに変換されるのである。時計廻りに角度が変化し、円筒の中心位置が変化しても、円筒は左右方向の電界を受け、常に左右方向のH11モードを維持する。つまり円筒導波管2を円筒の中心と平行な軸を中心として回転させているので常に両導波管の電界が一致する訳である。もしも回転アンテナ2が長方形であれば、電力がスムーズに流れる角度と、ほとんど流れない角度とが存在し、攪拌効果は激減する。
【0028】
回転アンテナたる円筒導波管2の長さを60mm、約半波長とした理由は、アンテナ上部、導波管1に面した部分においてまだ主力である左図に類似の電界が、円筒導波管としてのアンテナ内部を半波長進むことにより本来の円筒導波管の電界分布、つまり右に描いた状態に変化すると考えられるからである。実際、長さを50mm、40mmと短縮すると攪拌効果が減少し、食品の均一加熱性能が低下する。例えば図2に描かれたスープカップ15に約175ccの1%程度の塩分濃度を持つ食塩水をいれ、図の如く4カップを同時に加熱し、冷蔵温度から約60℃温度上昇させた時、各々のカップを攪拌して温度測定後、4カップの平均温度上昇に対する4カップの最高温度と最低温度との差をパーセント表示すると、円筒の長さが60mmの場合は4%から8%程度に収まるが、高さ50mmで15%から20%程度、40mmでは15%から25%程度に増大してしまう。
【0029】
この結果から見て、円筒導波管2の長さを60mm約半波長にすることにより円筒導波管2底部にはH11モードが励振され、その中心部にある強い電界が、半径約20mmの円軌道で回転し、オーブン箱4内部の電界分布を攪拌、均一化すると考えられる。
【0030】
図2に描かれた如く、オーブン箱内部は左右はほぼ対称形状と言えるが、前後はヒーター13の形状も対称では無く、熱風吹き出し部分17と扉18も対称形状では無い。従来のスタラー攪拌による均一加熱方式では、前後左右対称形状にする事が前提であり、対称形状から離脱するほど均一加熱から遠のいた性能となるのが常であったが、本実施例では前後対称が幾分崩れているにも関わらずスープカップの4点分布が均一を維持されている。放射源自体を回転する事がそれほど有効であると考えられる。
【0031】
以上のように、本実施例においては、オーブン箱と、導波管と、マグネトロンと、円筒導波管とを有し、オーブン箱の天面略中央を中心軸として前記円筒導波管を回転させ、前記マグネトロンと導波管は前記円筒導波管をH11モードに励振させたものであり、これによって、H11モードに励振された円筒導波管がオーブン箱天面中央を中心軸として回転し、マグネトロンから伝送された電力が回転しながらオーブン箱に放射されるので良く攪拌され、均一加熱性能が向上する。マグネトロン自体は回転しないが、その代行としてH11モードに励振された円筒導波管が回転することにより、従来不可能であった本来の意味の回転アンテナが実現できたのである。
【0032】
前述の従来例、特開昭52−6147は円筒形状の回転アンテナ(5)と、管内波長が等しい断面長方形の突出し導波管(2)とを有する点で本発明と類似であるが、根本的に異なるものである。形状の差異としては従来例はオーブン箱の底面に設け、本実施例は上面に設けている点が異なる。従来例は明細に記載されている如く、一般に加熱され難いと言われる食品中央底部を強く加熱する目的の為、回転アンテナを底面、食品載置台の直下に設けたものである。その結果、回転アンテナたる円筒導波管のH11モード電界と食品載置台とが平行になり、それに伴いその上に載せられた食品底面も電界と平行になり、その結果強く加熱され、それ以外の部分はあまり加熱されないのである。特に円筒導波管の真上に位置する食品部分は強く加熱されるが、少し外れるとほとんど加熱されない。この点、本発明は今まで述べてきた様に、被加熱物との結合を避ける為にオーブン箱の上面へ移動し、そこで回転しながらオーブン箱内部にマイクロ波を放射することにより内部電界を攪拌し、均一加熱を実現するものであり、食塩水4カップも均一に加熱する性能を持っている。
【0033】
上述の従来例と本実施例との根本的な差を生じせしめた『電界と被加熱物とが平行になる場合には強く加熱される』現象を従来例が積極的に利用し、その結果『電界と被加熱物とが直交する場合は全く加熱されない』欠点をもたらした事は明細にも記載されていない点もあいまって、あまり認識されていない。しかし本発明との本質的な差を理解する為に必要であるので少しく説明する。
【0034】
マックスウエルの電磁方程式から導かれるポインテイングベクトルの式はその微分形が種々の教科書に記載されている。ただし加熱に用いる場合は次に示す積分形の方が理解し易い。
【0035】
【数1】
【0036】
この式は、表面sで囲まれた、体積vの物体に流入するエネルギー、つまりポインテイングベクトルP=E×Hが、物体内部でどの様に振る舞うかを表している。左辺のnは物体表面sの法線ベクトルであり、これとPとの内積を全表面に亙って積分したものが左辺である。物体内部に流入する全エネルギーを表す。負号が付いているのは、外向きの法線ベクトルと逆方向、つまり物体の内側に進むポインテイングエネルギーを正方向にする為である。蛇足であるが、ベクトルPは電界Eに垂直かつ磁界Hにも垂直である。
【0037】
右辺の第一項は物体内部の単位体積当りの抵抗損による発熱を全体積に亙って積分したものであり、物体全体の発熱を表す。第二項は蓄積されている電界および磁界エネルギーの同じく物体全体に亙る積分であり、蓄積される電磁界エネルギーの増加を表す。
【0038】
導波管からオーブン箱内部に放射された電磁界は複雑であるから、微分方程式を解いてその性質を解明することは出来ないが、導波管内部であれば解ける場合があるので、それを求め、オーブン箱内部の現象を類推する方法を取る。H01モードに励振された矩形導波管の内部中央に、図10、図11に示す如く電界と平行及び垂直に厚さtの負荷を挿入した時の電磁界は微分方程式から求める事ができる。x方向の空気中の伝播定数をη、負荷中の伝播定数をζとし、導波管の進行方向の伝播定数γとした時、γ2=ω2μ0ε0―η2―π2/b2であり、電磁界は次式で与えられる。空気中を意味する0と、負荷中を意味する1とをサフィックスとして式に記載する。なお空気中の式と、負荷内部の式は異なるが、両者の境界上では電磁界の接線成分が等しいから、負荷中の電磁界のみを記載する。
【0039】
図10の電界と負荷が平行の場合、Cを定数として
Ex0=Ex1 =Ez0=Ez1=0
Ey1=C1γCosh{ζ(a/2−x)}exp(−γz)
Hx1=(ζ2+ω2μ0ε1)Sinh{ζ(a/2−x)}exp(−γz)/(jωμ0)
Hy1=Hy0=0
Hz1=C1ζγ Sinh{ζ(a/2−x)}exp(−γz)/(jωμ)
ここでη及びζは複素数であり、次の連立方程式の解(主値)である。
【0040】
−ηCoth(ηd)=ζTanh(ζt/2)
−η2+ζ2=ω2μ0ε0εr(1−jtanδ)−ω2μ0ε0
導波管の中央に置かれた厚さtの負荷を上述のポインテイングベクトルの式に当てはめると物体の表面sは左右の空気と接した面および導波管の上下に接した面とに分けて考えると、空気と接する面の電界はEy1であり、磁界はHz1である。これらの積であるポインテイングベクトルPは右手系であって、図に実線の矢印で描いた電界Eの方向から破線の矢印で描いた磁界Hの方向へ、旋回した時に右ネジの進む方向を向く。これを当てはめるとEy1を正とすると、Hz1はx=a/2+t/2において負方向を向き、x=a/2−t/2では逆に正方向を向く。従ってポインテイングベクトルPは図に白抜きの矢印で描いた如く、左右共に物体の内部を向く。これは物体内部に電力が流入し、その電磁界により発熱が生じる事を意味する。
【0041】
図11の電界と負荷とが直交する場合、便宜上XYを入れ替えて表現する。Dは定数である。
【0042】
Ex1 =D1(ζ2+ω2μ0ε0)Cosh{ζ(a/2−x)}Sin(yπ/b)exp(−γz)/(jωε1)
Ey1=−D1ζ(π/b)Sinh{ζ(a/2−x)}Cos(yπ/b)exp(−γz)
Ez1=D1ζγSinh{ζ(a/2−x)}Sin(yπ/b)exp(−γz)
Hx1=Hx0=0
Hy1=D1γCosh{ζ(a/2−x)}Sin(yπ/b)exp(−γz)/(jωε1)
Hz1=D1(π/b)Cosh{ζ(a/2−x)}Cos(yπ/b)exp(−γz)
ここでη及びζは複素数であり、次の連立方程式の解(主値)である。
【0043】
(η/ε0)Tanh(ηd)=−(ζ/ε1)Tanh(ζt/2)
−η2+ζ2=ω2μ0ε0εr(1−jtanδ)−ω2μ0ε0
主電界Ex1を上向きとすると、これとHy1とで形成されるポインテイングベクトルはz方向を向き、Hz1とで形成されるポインテイングベクトルはy方向を向き、共に負荷と空気との境界面に平行を成すから、負荷物体内部には電力が流入しない事を意味する。つまり主電界と直交して負荷を置いても全く加熱されないのである。なお派生した電界Ey1はのCos(yπ/b)成分を持つからy=0およびy=bにおいて最大値を取る。この電界成分とHz1とで形成されるポインテイングベクトルはx方向、つまり物体の内部方向を向いている。実際、負荷の端部で非常に弱い加熱が確認できる。
【0044】
これを図12に描いた従来例の円筒導波管と負荷との関係に当てはめると、円筒による主電界と平行になる負荷の中央部、図でハッチングを施した部分は強く加熱され、その周囲、電界がたてに通過する部分はほとんど加熱されないのである。図12の従来例は一般に最も加熱され難い食品中央底部を強く加熱する事には成功したものの、均一加熱には失敗した例である。それは前述の如く、導波管の電界と負荷とを直接結合させたからである。その点、本発明は円筒導波管を負荷から十分離れた天面に位置させ、負荷との直接結合が無い状態で電磁界エネルギーをオーブン箱内部空間に回転放射するものである。これが従来例との差である。
【0045】
また本実施例では、図2に描いた如く、シーズヒーター13は主要部分13aが前後に走る構成である。導波管1及び回転アンテナ2内部の電界が図2の中央部に矢印で描いた様に常に左右方向であるから両者は垂直に交り、電界に与える影響が小さく、食塩水4カップの均一加熱性能も変化しない。当業者に良く知られる如く、金属の表面で、電界は垂直成分だけを持ち、平行成分は0となる。従ってヒーター13が、電界と平行な左右に走る部分を持っていると、その左右方向の電界を弱めてしまうのである。支持金具13c、13dは左右一対であるが、左右を連続させれば単純になる。しかし今述べた様に、連続させると中央部分は電界主要部分と平行となる。しかも攪拌室から1/4波長の範囲内部、電界の主要部分からごく近くに位置する事になる。その結果として、前述の食塩水4カップの加熱ムラは16%程度に悪化する。従って左右を分離したのである。
【0046】
支持金具とオーブン箱の天面とを結ぶ吊下げ金具13e、13fとはこれも位置によりムラに影響を与える。しかし支持金具ほどには顕著では無く、また支持金具の位置に規制されるから、必然的に支持金具と同様に1/4波長の範囲外に制限される。
【0047】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、従来困難であったマイクロ波放射体を回転させる事が可能となり、底面付近にヒーターを取付けた本格的オーブンに組み込み可能で、かつ均一加熱性能の優れた電子レンジを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1における電子レンジの断面図
【図2】本発明の実施例1における平面図
【図3】本発明の実施例1における回転アンテナの斜視図
【図4】本発明の実施例1における回転アンテナ、円筒の斜視図
【図5】本発明の実施例1における丸棒の斜視図
【図6】本発明の実施例1におけるアンテナ固定具の斜視図
【図7】本発明の実施例1における固定金具の斜視図
【図8】本発明の実施例1における回転アンテナ付近の平面図
【図9】従来の電子レンジの要部断面図
【図10】従来例の作用説明図
【図11】従来例の作用説明図
【図12】従来の電子レンジの要部断面図
【符号の説明】
1 導波管
2 回転アンテナ(円筒導波管)
3 攪拌室
4 オーブン箱
5 丸棒(中心軸)
9 モーター(回転機構)
16 マグネトロン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a microwave oven with an oven function that has improved uniform heating performance.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there have been two types of uniform heating methods for microwave ovens: a so-called turntable method for rotating an object to be heated as a load, and a method for rotating an antenna that is a radiation source of microwaves. The turntable method is a method of rotating a table on which a character load is placed, and has been widely adopted because of its visual effect and relatively good heating performance. On the other hand, in the method of rotating the radiation source, it is difficult to rotate the magnetron, which is the original radiation source, and instead, the method of rotating the antenna coupled to the waveguide has been put to practical use. In this respect, the performance has to be said to be slightly inferior (for example, see Patent Document 1).
[0003]
FIG. 9 is a cross-sectional view of the main part, in which the rectangular H01 mode is excited inside the
[0004]
The turntable method is not always versatile, and it is not only inferior in operability compared to the method in which a square top plate or wire mesh of a full-scale oven in Europe and the United States is easily taken in and out of the shelf, but also the food loading range is limited to the inside of the circular table There is a point that is spilled, liquid spills due to vibration of rotation, etc., multi-stage cooking is difficult, etc.Recently, the turntable is removed, and a ceramic plate that passes microwaves is provided on the bottom of the heating chamber, and below it The non-turn method of rotating the antenna by using is becoming popular.
[0005]
In addition, there is one having a cylindrical rotating antenna having a similar shape, and a protruding waveguide having a rectangular section and having the same guide wavelength (see Patent Document 2).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-58-181289 [Patent Document 2]
JP-A-52-006147
[Problems to be solved by the invention]
However, this method cannot provide a heater on the bottom, so it is still unsatisfactory compared to a full-scale oven. The lower fire is the most important for the oven, but in the non-turn, because the lower fire is not provided in the original sense, a heat source is provided at the rear, the heat is transferred as wind, and the hot air circulation method that gives the role of the lower fire Is adopted. However, since the bottom has a large heat capacity and a ceramic plate which is also a poor conductor of heat, the resulting thermal efficiency is low and it is difficult to control the lower fire. Even in European and American ovens, there are many examples in which a heater is provided on the bottom of the heating chamber even if the hot air circulation system is used. There is an example in which a heater is provided near the bottom of the heating chamber, and an example in which the heater is attached closely to the outside of the heating chamber and under the bottom. Each has advantages and disadvantages, but in any case, lower fire is more important. It is proof.
[0008]
In order to realize a full-scale oven having a heater on the bottom of the heating chamber, a system having excellent uniform performance without providing any rotating mechanism on the bottom is required. For that purpose, it is desired to provide a mechanism in which the microwave radiation source itself rotates, for example, on the upper surface other than the bottom surface. It is necessary to have a rotating antenna in the original meaning in which the radiation antenna itself rotates.
[0009]
As described above, it is difficult to rotate the magnetron itself, but it can be imagined that rotating the waveguide on which the magnetron is mounted is somewhat easier than the magnetron itself. The present invention is intended to realize this idea and provides a rotating microwave radiation source on the upper surface, which can be used in a full-scale oven having a heater on the bottom surface, and provides a microwave oven excellent in uniform heating performance. Aim.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the conventional problem, a microwave oven according to the present invention includes an oven box, a waveguide, a magnetron, and a cylindrical waveguide, and the center axis is substantially centered on a top surface of the oven box. The cylindrical waveguide is rotated, and the magnetron and the waveguide are configured to excite the cylindrical waveguide in the H11 mode.
[0011]
As a result, since the cylindrical waveguide excited in the H11 mode rotates around the center of the top surface of the oven box as a central axis, the electric power transmitted from the magnetron is radiated to the oven box while rotating, so that it is well stirred and uniform. Heating performance is improved.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The invention according to
[0013]
The invention according to
[0014]
The invention according to
[0015]
The invention according to
[0016]
The invention according to
[0017]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
(Example 1)
FIG. 1 is a diagram showing a cross section of a main part of a microwave oven according to a first embodiment of the present invention. The
[0019]
The ceramic
[0020]
Below this, a
[0021]
FIG. 2 is a plan view seen from the AA 'plane of FIG. The
[0022]
FIG. 3 is a perspective view showing a state where the
[0023]
4 is a perspective view of the
[0024]
The operation and operation of the microwave oven configured as described above will be described below.
[0025]
First, a rectangular H01 mode is excited inside according to the dimensions of the
[0026]
Inside the
[0027]
The position where the H11 mode electric field is strongest is the center of the
[0028]
The reason for setting the length of the
[0029]
From these results, the H11 mode is excited at the bottom of the
[0030]
As shown in FIG. 2, the inside of the oven box can be said to have a substantially symmetrical shape on the left and right, but the shape of the
[0031]
As described above, in this embodiment, the oven box, the waveguide, the magnetron, and the cylindrical waveguide are provided, and the cylindrical waveguide is rotated around the center of the top surface of the oven box as a central axis. The magnetron and the waveguide excite the cylindrical waveguide in the H11 mode, whereby the cylindrical waveguide excited in the H11 mode rotates around the center of the top of the oven box as a central axis. Since the power transmitted from the magnetron is radiated to the oven box while rotating, the power is well stirred and the uniform heating performance is improved. Although the magnetron itself does not rotate, instead of this, the rotation of the cylindrical waveguide excited in the H11 mode makes it possible to realize a rotating antenna having the original meaning that was impossible in the past.
[0032]
The above-mentioned conventional example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-6147, is similar to the present invention in that it has a cylindrical rotating antenna (5) and a protruding waveguide (2) having a rectangular cross section having the same guide wavelength. Are different. The difference in shape is that the conventional example is provided on the bottom surface of the oven box, and the present embodiment is provided on the upper surface. In the prior art, as described in the specification, a rotating antenna is provided on the bottom surface, directly below the food table for the purpose of strongly heating the central bottom of the food, which is generally difficult to heat. As a result, the H11 mode electric field of the cylindrical waveguide serving as a rotating antenna and the food placing table become parallel, and the food bottom placed thereon also becomes parallel to the electric field, and as a result, it is strongly heated, and The part is not heated very much. In particular, the food portion located directly above the cylindrical waveguide is strongly heated, but is slightly heated when slightly removed. In this regard, as described above, the present invention moves to the upper surface of the oven box in order to avoid coupling with the object to be heated, and radiates microwaves inside the oven box while rotating, thereby generating an internal electric field. Stirring and uniform heating are realized, and 4 cups of salt water have the ability to heat evenly.
[0033]
The conventional example positively utilizes the phenomenon that "the electric field and the object to be heated are strongly heated when they are parallel", which caused a fundamental difference between the above-described conventional example and the present embodiment. It is not widely recognized that the disadvantage that "the electric field is not heated at all when the electric field and the object to be heated are perpendicular to each other" has not been described in the specification. However, it is necessary to understand the essential difference from the present invention, so that it will be described a little.
[0034]
The expression of the pointing vector derived from Maxwell's electromagnetic equation is described in various textbooks in terms of its differential form. However, when used for heating, the integral type shown below is easier to understand.
[0035]
(Equation 1)
[0036]
This equation shows how the energy flowing into the object having the volume v surrounded by the surface s, that is, the pointing vector P = E × H behaves inside the object. N on the left side is a normal vector of the object surface s, and the left side is obtained by integrating the inner product of this and P over the entire surface. Represents the total energy flowing into the body. The reason why the minus sign is added is to make the pointing energy traveling in the opposite direction to the outward normal vector, that is, inward of the object, in the positive direction. The vector P is perpendicular to the electric field E and perpendicular to the magnetic field H.
[0037]
The first term on the right side is obtained by integrating the heat generated due to the resistance loss per unit volume inside the object over the entire volume, and represents the heat generated by the entire object. The second term is the integral of the stored electric and magnetic field energies, also over the object, and represents an increase in the stored electromagnetic field energy.
[0038]
Since the electromagnetic field radiated from the waveguide into the oven box is complicated, its properties cannot be clarified by solving differential equations, but it may be solved inside the waveguide. Find and analogize the phenomenon inside the oven box. The electromagnetic field when a load having a thickness t is inserted parallel and perpendicular to the electric field as shown in FIGS. 10 and 11 in the center of the inside of the rectangular waveguide excited in the H01 mode can be obtained from the differential equation. When the propagation constant in the air in the x direction is η, the propagation constant in the load is ζ, and the propagation constant in the traveling direction of the waveguide is γ, γ2 = ω2μ0ε0−η2-π2 / b2. Given by the formula. 0 which means in the air and 1 which means in the load are described in the formula as suffixes. Although the equation in the air and the equation inside the load are different, only the electromagnetic field in the load is described since the tangential components of the electromagnetic fields are equal on the boundary between the two.
[0039]
When the electric field and the load in FIG. 10 are parallel, Ex0 = Ex1 = Ez0 = Ez1 = 0, where C is a constant.
Ey1 = C1γCosh {ζ (a / 2−x)} exp (−γz)
Hx1 = (ζ2 + ω2μ0ε1) Sinh {ζ (a / 2−x)} exp (−γz) / (jωμ0)
Hy1 = Hy0 = 0
Hz1 = C1 {γ Sinh} (a / 2−x) Δexp (−γz) / (jωμ)
Here, η and ζ are complex numbers, and are solutions (principal values) of the following simultaneous equations.
[0040]
−ηCoth (ηd) = ζTanh (ζt / 2)
−η2 + ζ2 = ω2μ0ε0εr (1-jtanδ) −ω2μ0ε0
When the load of thickness t placed at the center of the waveguide is applied to the above-described pointing vector equation, the surface s of the object is divided into a surface in contact with air on the left and right and a surface in contact with the top and bottom of the waveguide. When considered, the electric field on the surface in contact with air is Ey1, and the magnetic field is Hz1. The pointing vector P, which is the product of these, is a right-handed system, and indicates the direction in which the right-hand screw advances when turning, from the direction of the electric field E drawn by the solid arrow to the direction of the magnetic field H drawn by the broken arrow. Turn around. When this is applied, assuming that Ey1 is positive, Hz1 points in a negative direction at x = a / 2 + t / 2 and conversely turns in a positive direction at x = a / 2-t / 2. Therefore, the pointing vector P points to the inside of the object on both the left and right sides, as depicted by the white arrows in the figure. This means that power flows into the object and heat is generated by the electromagnetic field.
[0041]
When the electric field and the load in FIG. 11 are orthogonal to each other, they are expressed by exchanging XY for convenience. D is a constant.
[0042]
Ex1 = D1 (ζ2 + ω2μ0ε0) Cosh {ζ (a / 2−x)} Sin (yπ / b) exp (−γz) / (jωε1)
Ey1 = −D1ζ (π / b) Sinh {ζ (a / 2−x)} Cos (yπ / b) exp (−γz)
Ez1 = D1 {γSinh} (a / 2-x)} Sin (yπ / b) exp (−γz)
Hx1 = Hx0 = 0
Hy1 = D1γCosh {ζ (a / 2−x)} Sin (yπ / b) exp (−γz) / (jωε1)
Hz1 = D1 (π / b) Cosh {ζ (a / 2−x)} Cos (yπ / b) exp (−γz)
Here, η and ζ are complex numbers, and are solutions (principal values) of the following simultaneous equations.
[0043]
(Η / ε0) Tanh (ηd) = − (ζ / ε1) Tanh (ζt / 2)
−η2 + ζ2 = ω2μ0ε0εr (1-jtanδ) −ω2μ0ε0
When the main electric field Ex1 is directed upward, the pointing vector formed by this and Hy1 points in the z direction, and the pointing vector formed by Hz1 points in the y direction, and both are parallel to the boundary between the load and the air. This means that no electric power flows into the load object. In other words, even if a load is placed perpendicular to the main electric field, it is not heated at all. Since the derived electric field Ey1 has the Cos (yπ / b) component, it takes the maximum value at y = 0 and y = b. The pointing vector formed by this electric field component and Hz1 points in the x direction, that is, in the direction inside the object. In fact, very weak heating can be seen at the end of the load.
[0044]
Applying this to the relationship between the conventional cylindrical waveguide and the load illustrated in FIG. 12, the central portion of the load parallel to the main electric field by the cylinder, the hatched portion in the figure, is strongly heated, and The portion where the electric field passes through is hardly heated. The conventional example shown in FIG. 12 is an example in which the heating of the center bottom of the food, which is generally hardest to be heated, succeeded, but the uniform heating failed. This is because the electric field of the waveguide and the load are directly coupled as described above. In this regard, the present invention locates the cylindrical waveguide on the top surface sufficiently distant from the load and rotationally radiates the electromagnetic field energy into the oven box interior space without direct coupling with the load. This is a difference from the conventional example.
[0045]
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the
[0046]
The hanging
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it has become possible to rotate a microwave radiator, which has been difficult in the past, and can be incorporated into a full-scale oven having a heater near the bottom surface, and has excellent uniform heating performance. A microwave oven can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a microwave oven according to
1
3 Stirring
9 Motor (rotation mechanism)
16 magnetron
Claims (5)
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