JP2010199009A - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一つのアンテナで、左右に２品置かれた場合には一方を集中的に加熱でき、単品を中央に置かれた場合には単品を効率的に加熱する。
【解決手段】ホーンアンテナ７の開口の端部に湾曲部１９を有することで湾曲部１９方向への指向性が高まり、開口方向への指向性と湾曲部方向への指向性とを両立できる。よって左右に２品置かれた場合、ホーンアンテナ７の開口方向への指向性が優位となって加熱室底面の中央から外向きの指向性が高くなり、２品のうちのねらった１品のみを集中的に加熱できる。一方、単品を中央に置かれた場合には、ホーンアンテナ７の湾曲部１９方向への指向性が優位となって、庫内中央向きの指向性が高くなり、単品を効率的に加熱できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加熱物をマイクロ波で加熱するマイクロ波加熱装置に関する。

代表的なマイクロ波加熱装置である電子レンジは、代表的な被加熱物である食品を直接加熱できるので、鍋や釜を準備する必要がないという簡便さがあり、生活する上で不可欠ともいうべき調理器具になっている。そして電子レンジにおいて、食品を収納する空間の大きさは、幅方向および奥行き方向に３００〜４００ｍｍ、高さ方向に凡そ２００ｍｍであるものが一般に普及している。

近年、食品を収納する空間の底面をフラットにし、さらに幅方向の寸法を４００ｍｍ以上として奥行き寸法よりも比較的大きくし、食品を左右に２品並べて加熱できるようにした利便性の高い製品が実用化されている。しかし２品を同時に加熱する場合、例えば、冷凍食品と室温の食品とを同時に加熱する場合、室温の食品のほうが早くできあがってしまう。よって２品を同時に仕上げるためには、より低温の食品のみを集中的に加熱しなければならない。

このような場合は、加熱室内部の全体を均一に加熱するのではなく、局所のみを集中加熱できる機能が必要となる。これを実現するものとして、複数の回転アンテナを切り替えるとともに、停止位置の制御を行うことによって集中加熱を可能にするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ただしアンテナを複数構成するのはコストがかかるので、一つの回転アンテナで実現することが期待される。例えば従来、加熱室底面下の中央部に一つのアンテナを配置して回転駆動させるものがある（例えば、特許文献２参照）。このアンテナの、加熱室底面の中央から外向きの指向性をできるだけ高く設計し、左右に置かれた２品のうち、低温側の食品に向けて回転アンテナを停止させて集中的に加熱することで、２品同時あたためができる可能性がある。

しかしこの場合、２品同時ではなく、普通に庫内中央に置かれた単品を温める時に、効率が落ちる問題が生じる。庫内中央に置かれた単品は、加熱室底面の中央から外向きの指向性が無い方が効率的に加熱できる。加熱室底面下の中央部に配置されたアンテナから外向きの指向性が高いと、マイクロ波が食品に直接当たらず、まず壁面側に放射されるから、壁面での損失が大きくなるためである。庫内中央の単品にとって一番良いのは、マイクロ波を食品に直接当てるためにアンテナの庫内中央向きの指向性を高くすることである。
特許第３６１７２２４号公報 特開２００３−１７２３９号公報

上記従来の構成においては、一つの回転アンテナで、左右に置かれた２品のうち低温側の食品を集中的に加熱する２品同時あたためと、庫内中央に置かれた単品の効率的な加熱を両立できなかった。なぜならば、２品同時あたためのためには、加熱室底面の中央から外向きの指向性をできるだけ高くすべきであるのに対し、庫内中央に置かれた単品の効率的な加熱のためには、庫内中央向きの指向性を高くすべきであり、両立できないからである。

本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたもので、加熱室内において左右に２品置かれた場合には加熱室底面の中央から外向きの指向性が高くなって一方を集中的に加熱でき、単品を中央に置かれた場合には庫内中央向きの指向性が高くなって単品を効率的に加熱できるマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。

本発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波発生手段と、マイクロ波を伝送する導波管と、被加熱物を収納する加熱室と、前記導波管から前記加熱室にマイクロ波を放射するために前記加熱室底面の略中央に配置されたホーンアンテナと、前記ホーンアンテナを駆動する駆動部と、前記駆動部を制御して前記ホーンアンテナの向きを制御する制御部とを備え、前記ホーンアンテナの開口を形成する端部に湾曲部を有する構成とし、前記開口の方向だけでなく、前記湾曲部方向へのマイクロ波指向性を有する構成としたものである。

通常のホーンアンテナは、開口を形成する端部が滑らかな形状で、開口の方向にのみ指向性が高いが、今回、ホーンアンテナの開口の端部に湾曲部を有することで、湾曲部方向への指向性がある程度高まることを見出したので、本発明の構成により、開口方向への指向性と湾曲部方向への指向性とを両立させることが可能となる。

よって左右に２品置かれた場合には（即ち中央には食品が無い場合には）、ホーンアンテナの開口方向への指向性が優位となって、加熱室底面の中央から外向きの指向性が高くなり、２品のうちの狙った１品のみを集中的に加熱できる。一方、単品を中央に置かれた場合には（即ち左右には食品が無い場合には）、ホーンアンテナの湾曲部方向への指向性が優位となって庫内中央向きの指向性が高くなり、単品を効率的に加熱できる。

通常のホーンアンテナは、開口を形成する端部が滑らかな形状で開口の方向にのみ指向性が高いが、今回、ホーンアンテナの開口の端部に湾曲部を有することで、湾曲部方向への指向性がある程度高まることを見出したので、本発明の構成により、開口方向への指向性と湾曲部方向への指向性を両立させることが可能となる。よって、左右に２品置かれた場合には（即ち中央には食品が無い場合には）、ホーンアンテナの開口方向への指向性が優位となって、加熱室底面の中央から外向きの指向性が高くなり、２品のうちの狙った１品のみを集中的に加熱できる。一方、単品を中央に置かれた場合には（即ち左右には食品が無い場合には）、ホーンアンテナの湾曲部方向への指向性が優位となって、庫内中央向きの指向性が高くなり、単品を効率的に加熱できる。

本発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波発生手段と、マイクロ波を伝送する導波管と、被加熱物を収納する加熱室と、前記導波管から前記加熱室にマイクロ波を放射するために前記加熱室底面の略中央に配置されたホーンアンテナと、前記ホーンアンテナを駆動する駆動部と、前記駆動部を制御して前記ホーンアンテナの向きを制御する制御部とを備え、前記ホーンアンテナの開口を形成する端部に湾曲部を有する構成とし、前記開口の方向だけでなく前記湾曲部方向へのマイクロ波指向性を有する構成としたものである。

通常のホーンアンテナは開口を形成する端部が滑らかな形状で開口の方向にのみ指向性が高いが、今回、ホーンアンテナの開口の端部に湾曲部を有することで湾曲部方向への指向性がある程度高まることを見出したので、本発明の構成により、開口方向への指向性と湾曲部方向への指向性を両立させることが可能となる。よって左右に２品置かれた場合には（即ち中央には食品が無い場合には）、ホーンアンテナの開口方向への指向性が優位となって加熱室底面の中央から外向きの指向性が高くなり、２品のうちのねらった１品のみを集中的に加熱できる。一方、単品を中央に置かれた場合には（即ち左右には食品が無い
場合には）、ホーンアンテナの湾曲部方向への指向性が優位となって庫内中央向きの指向性が高くなり、単品を効率的に加熱できる。

また、本発明の一態様として、上記のマイクロ波加熱装置において、アンテナは、加熱室底面を形成する導体面上に配置され、導体面と対向する幅広面と、前記幅広面から前記導体面側に向かう少なくとも３つの幅狭面と、さらに前記幅狭面から前記導体面との間に隙間を介して平行に延ばされる短絡面を有し、前記幅広面と前記導体面と前記３つの幅狭面とで略ホーンアンテナ形状を構成し、ホーンアンテナの開口を形成する端部に湾曲部を有する構成としたものも含まれる。

この構成により、マイクロ波が導体面と短絡面の間を通りにくくなるため、お概ね導体面と短絡面が導通したものと考えても良く、よって幅広面と導体面と３つの幅狭面とにより略箱型でかつ幅狭面の無い方向が開口として開いた形状を為し、開口の方向に指向性を有するホーンアンテナとして作用させることが可能となる。よって簡単な構成で加熱室底面とは独立して駆動可能なホーンアンテナを実現できるとともに、開口を形成する端部に湾曲部を形成することも容易に実現できる。

また、本発明の一態様として、上記のマイクロ波加熱装置において、開口を形成する幅広面の端部に湾曲部を有する構成としたものも含まれる。

この構成により、幅広面への指向性を高めることができる。

また、本発明の一態様として、上記のマイクロ波加熱装置において、開口を形成する幅狭面の端部に湾曲部を有する構成としたものも含まれる。

この構成により、幅狭面への指向性を高めることができる。

また、本発明の一態様として、上記のマイクロ波加熱装置において、開口を形成する２つの幅狭面の端部に湾曲部を有する構成としたものも含まれる。

この構成により、２つの幅狭面への指向性を高めることができる。

また、本発明の一態様として、上記のマイクロ波加熱装置において、開口を形成する幅広面の端部と幅狭面の端部の両方に湾曲部を有する構成としたものも含まれる。

この構成により、幅広面と幅狭面への指向性を高めることができる。

また、本発明の一態様として、上記のマイクロ波加熱装置において、開口を形成する幅広面の端部と２つの幅狭面の端部に湾曲部を有する構成としたものも含まれる。

この構成により、幅広面と２つの幅狭面への指向性を高めることができる。

また、本発明の一態様として、上記のマイクロ波加熱装置において、湾曲部は、直線あるいは円弧などに代表される滑らかな形状の端部に内側への切り込みを有することで形成される構成としたものも含まれる。

この構成により、容易に湾曲部を形成することができ、ホーンアンテナとしての特性に変化を与えることができ、結果として湾曲部側への指向性を高めることができる。

また、本発明の一態様として、上記のマイクロ波加熱装置において、切り込みは、端部
の両端から内側に切れ込んでかつ端部の中央は切り込みよりも外側に広がる形状としたものも含まれる。

この構成により、湾曲部の特に端部の中央側への指向性を高めることができる。

また、本発明の一態様として、上記のマイクロ波加熱装置において、端部の中央を略円弧状としたものも含まれる。

この構成により、湾曲部の特に端部の中央の円弧側への指向性を高めることができる。

さらに本発明の一態様として、端部中央の円弧の半径Ｒをマイクロ波の波長の１／４としたものも本発明の一態様として含まれる。

この構成により、湾曲部の端部の中央の円弧側への指向性を最も高めることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１から図３は、本発明に係る実施形態のマイクロ波加熱装置である電子レンジの概略構成を示す図であり、図１は右から見た断面図、図２は上方から見た平断面図、図３はアンテナの構成図である。

本実施形態の電子レンジは、代表的なマイクロ波発生手段であるマグネトロン１と、マグネトロン１から放射されるマイクロ波を伝播する断面形状が四角形の導波管２と、導波管２の上部に接続された加熱室３と、加熱室３内に固定されて被加熱物を載置する載置台４と、加熱室底面には載置台４より下方に形成されたアンテナ空間５と、加熱室３の中心から略等距離の底面に設けた結合孔６と、載置台４上に配されて結合孔６を中心に回転可能なアンテナ７などが配置され、さらにアンテナ７を駆動する駆動部としてのモータ８と、モータ８の回転や停止を制御する制御部９を備える構成である。

また、本実施形態の電子レンジは、加熱室４の正面に設定手段１０を備え、使用者が食品や調理内容に応じて、調理メニューを選択することができる。そして、この選択結果に基づき、制御部９はマグネトロン１を制御して、マイクロ波の発生や停止を行うとともに、モータ８を制御してアンテナ７の回転や停止を制御する。これにより、載置台４に載置される食品の加熱、調理を行うことができる。

図３にアンテナの構成図を示す。図３（ａ）は上から見た平面図、図３（ｂ）は前から見た断面図、図３（ｃ）は前から見た正面図である。

アンテナ７は、加熱室３の底面を形成する導体面１１上に配置され、導体面１１と対向する幅広面１２と、幅広面１２から導体面１１側に向けて曲げられた３つの幅狭面１３、１４、１５と、さらに幅狭面１３、１４、１５から延ばされ、導体面１１とは接触はしないもののわずかな隙間（約５ｍｍ）を介して平行に延ばされる短絡面１６、１７、１８を有する。そして幅広面１２と導体面１１と３つの幅狭面１３、１４、１５とで囲まれた空間が略ホーンアンテナ形状を構成し、図２、図３ではホーンアンテナの右側に開いた開口に向けてマイクロ波が放射されると考えられる。

今までの電子レンジでは、ホーンアンテナは回転導波管とも呼ばれ、導波管の片端のみを開いた構成により、開いた方向にマイクロ波を放射させるものであった。しかし、通常
開いた部分、即ち開口を形成する端部はまっすぐ、あるいは円弧などの滑らかな形状であったが、本実施の形態のアンテナ７は端部に湾曲部１９、２０、２１を有する構成である。湾曲部１９は幅広面１２の端部に構成され、湾曲部２０、２１は２つの幅狭面のそれぞれの端部に構成されている。あえて湾曲させることにより、通常のホーンアンテナとは異なり、開口の方向だけでなく湾曲部方向へのマイクロ波指向性を有する構成となる。

図３には、参考までに従来の端部のイメージとして、円弧の端部を一点鎖線２２、直線の端部を二点鎖線２３で示す。本実施の形態のアンテナ７は、端部から内側（図２、図３の左側）へ大きく切れ込んだ切り込みによって、湾曲部１９を形成している。また切り込みは、幅広面１２の端部の両端２４、２５から内側に切れ込んで、かつ端部の中央２６は切り込みよりも外側に広がることで円弧状を為し、円弧の半径Ｒをマイクロ波の波長（電子レンジの場合約１２０ｍｍ）の１／４、即ちおおよそ半径Ｒ＝３０ｍｍとしている。

この構成を用いて、実際に加熱実験を行った結果を以下に示す。

まず図４に示すように、初期温度の異なる食品２品を用いて、冷蔵されていたハンバーグ２７（８℃、１００ｇ）を左に、冷凍されていたごはん２８（−２０℃、１５０ｇ）を右に配置し、最も右向きにマイクロ波を放射できるよう、アンテナ７の開口側を右向きにして（図２、図３と同様の向きにして）８００Ｗ出力で３分間加熱すると、かなり上手に加熱できた。加熱終了時点では、ハンバーグ、ごはんとも十分に温められ、ごはんの最もぬるいところでも６０℃以上になっていた。これはホーンアンテナとしての特徴が活かされ、加熱室底面の中央から右向きに高い指向性を持ち、２品のうちのねらった１品（初期温度が低かった冷凍ごはん）を集中的に加熱できたためと考えられる。

次に図５に示すように、水２９を中央に配置して、加熱効率の評価を行った。２００８年に、電子レンジにも省エネトップランナが導入され、その評価尺度は、代表的ないくつかの水量で実験を行い、年間の消費電力量を計算するというものである。よって今回もその方法に従って、年間の消費電力量を求めた。この時、水１９は中央にあり、アンテナ７も中央にあるので、水１９に対するマイクロ波の当たり方は、あまりアンテナ７の向きに寄らないと考えられる。そこで今回は、アンテナ７を常に回転させたまま８００Ｗ出力で加熱したところ、マイクロ波による年間消費電力量は、当時の省エネトップと同等の５２．５ｋＷｈ／年が得られた。これはホーンアンテナの特徴を抑えて庫内中央向きの指向性を高くでき、中央の単品を効率的に加熱できたためと考えられる。

ここで図４と図５の結果は、従来の考え方からすると相反するように思える。従来のホーンアンテナならば、図４のような加熱室底面の中央から外向きに高い指向性を持って、２品のうちの１品を狙うことが可能であるが、図５のように中央の単品を効率的に加熱することができず、省エネ性能は悪くなる。一方、加熱室底面の中央から上向きに高い指向性を持つようなアンテナ（例えば、スロットアンテナなど）を考えると、中央の単品での省エネ性能は良くなるものの、加熱室底面の中央から外向きの指向性が消失し、２品のうちの１品を狙うことができない。

しかし本実施の形態では、２品での加熱室底面の中央から外向きの指向性と、中央の単品での効率加熱とを両立できている。この理由はアンテナ７の構成と被加熱物（図４では２つの食品、図５では水）の位置によるところが大きいと考える。アンテナ７の構成とは、ホーンアンテナの開口を形成する端部に湾曲部を有する構成とし、開口の方向だけでなく、湾曲部方向へのマイクロ波指向性を有する構成としたことである。

通常のホーンアンテナは、開口を形成する端部が滑らかな形状で、開口の方向にのみ指向性が高いが、今回、ホーンアンテナの開口の端部に、湾曲部１９、２０、２１を有する
ことで、湾曲部方向への指向性がある程度高まることを見出したので、本発明の構成により、開口方向への指向性と湾曲部方向への指向性とを両立させることが可能となった。これは常に両方の指向性を持つというよりは、微妙にバランスを保っている状態であり、アンテナ近傍の誘電率の分布によってバランスが崩れ、どちらかの指向性が優位になるように変化するということである。空気の誘電率は小さく（約１）、水あるいは食品に含まれる水分の誘電率は大きく（約８０程度）となっており、被加熱物をどこに置くかによって極端にアンテナ近傍の誘電率の分布が変わる。

例えば、図４ではハンバーグ２７とごはん２８があるために周囲側の誘電率が高く、空気しかない中央は誘電率が低い。一方、図５では空気しかない周囲側の誘電率は低く、水２９がある中央は誘電率が高い。このために均一な誘電率分布の時にバランスを保っていた、開口方向への指向性と湾曲部方向への指向性に関して、図４では開口方向（図の右向き）への指向性が優位となり、図５では湾曲部１９方向（図の上向き）への指向性が優位となる。つまり誘電率が不均一な場合は、誘電率が高い場所の最も近くに位置する指向性の特性が優位となると考えられる。

図４、図５にはこれをイメージで示してある。図４では、開口方向への指向性が高く湾曲部１９方向への指向性が低い、即ち中央から外向きに放射されるマイクロ波（矢線３０）が強く、湾曲部１９から上向きに放射されるマイクロ波（矢線３１）が弱くなる。一方図５では、開口方向への指向性が低く湾曲部１９方向への指向性が高い、即ち中央から外向きに放射されるマイクロ波（矢線３２）が弱く、湾曲部１９から上向きに放射されるマイクロ波（矢線３３）が強くなる。

以上の本発明のマイクロ波加熱装置の実施の形態における効果をまとめる。

マグネトロン１（マイクロ波発生手段）と、マイクロ波を伝送する導波管２と、被加熱物を収納する加熱室３と、導波管２から加熱室３にマイクロ波を放射するために加熱室底面の略中央に配置されたホーンアンテナ７と、ホーンアンテナ７を駆動する駆動部８と、駆動部８を制御してホーンアンテナ７の向きを制御する制御部９とを備え、ホーンアンテナ７の開口を形成する端部に湾曲部１９，２０，２１を有する構成とし、開口の方向だけでなく湾曲部方向へのマイクロ波指向性を有する構成としたものである。

通常のホーンアンテナは開口を形成する端部が滑らかな形状で開口の方向にのみ指向性が高いが、今回、ホーンアンテナの開口の端部に湾曲部１９，２０，２１を有することで、湾曲部方向への指向性がある程度高まることを見出したので、本発明の構成により、開口方向への指向性と湾曲部方向への指向性とを両立させることが可能となる。

特にアンテナ７近傍の誘電率が不均一な場合は、誘電率が高い場所の最も近くに位置する指向性の特性が優位となることが分かり、よって左右に２品置かれた場合には（即ち中央には食品が無い場合には）、ホーンアンテナ７の開口方向への指向性が優位となって加熱室底面の中央から外向きの指向性が高くなり、２品のうちの狙った１品のみを集中的に加熱できる。一方、単品を中央に置かれた場合には（即ち左右には食品が無い場合には）、ホーンアンテナの湾曲部方向への指向性が優位となって庫内中央向きの指向性が高くなり、単品を効率的に加熱できる。

また、アンテナ７は、加熱室底面を形成する導体面１１上に配置され、導体面１１と対向する幅広面１２と、幅広面１２から導体面１１側に向かう少なくとも３つの幅狭面１３，１４，１５と、さらに幅狭面１３，１４，１５から導体面１１との間に隙間を介して平行に延ばされる短絡面１６，１７，１８を有し、幅広面１２と導体面１１と３つの幅狭面１３，１４，１５とで略ホーンアンテナ形状を構成し、ホーンアンテナの開口を形成する
端部に湾曲部１９，２０，２１を有する構成としている。

この構成により、マイクロ波が導体面１１と短絡面１６，１７，１８の間を通りにくくなるため、お概ね導体面１１と短絡面１６，１７，１８が導通したものと考えても良く、よって幅広面１２と導体面１１と３つの幅狭面１３，１４，１５とにより略箱型でかつ幅狭面１３，１４，１５の無い方向（図２、図３）が開口として開いた形状を為し、開口の方向に指向性を有するホーンアンテナとして作用させることが可能となる。よって簡単な構成で加熱室底面とは独立して駆動可能なホーンアンテナを実現できるとともに、開口を形成する端部に、湾曲部１９，２０，２１を形成することも容易に実現できる。

また、開口を形成する幅広面１２の端部に湾曲部１９を有する構成としている。幅広面１２は被加熱物に最も近い面であり、よって被加熱物の誘電率分布の影響を受け易いとともに、最も近距離からマイクロ波を放射できる位置なので、指向性の最適設計もやり易い。湾曲部１９の設計次第で、最も効果的に指向性に影響を与えることができる。

また、開口を形成する幅狭面１３，１４の端部に湾曲部２０，２１を有する構成としている。幅狭面１３，１４への指向性を高めることができる。湾曲部２０，２１は、湾曲部１９と比べると、被加熱物から少し離れているので指向性への影響は少なめではあるが、湾曲部２０，２１が無い状態と比較すると、一定の効果がある。

また、開口を形成する２つの幅狭面１３，１４の両方の端部に湾曲部２０，２１を有する構成としている。１つだけに設けるよりも指向性への影響を高めることができる。特に本実施の形態のように対象な位置関係で構成すれば、偏ったムラが起こりにくくて、被加熱物内の加熱分布が良い。

また、開口を形成する幅広面の端部と幅狭面の端部の両方に、湾曲部を有する構成としている。これも、幅広面あるいは幅狭面で単独で構成するよりも、指向性への影響を高めることができる。

また、開口を形成する幅広面１２の端部と２つの幅狭面１３，１４のすべての端部に湾曲部１９，２０，２１を有する構成としている。これにより、開口を形成する４つの面のうち、導体面を除くすべての加工可能な面に湾曲部を形成するのだから、最も指向性への影響を高めることができる。

また、湾曲部１９は、直線あるいは円弧などに代表される滑らかな形状の端部（一点鎖線２２あるいは二点鎖線２３）から、内側（図２、図３の左側）への切り込みを有することで形成される構成としている。この構成により、容易に湾曲部１９を形成することができ、ホーンアンテナとしての特性に変化を与えることができるので、結果として湾曲部１９側への指向性を高めることができる。

また、この切り込みは、幅広面１２の端部の両端２４、２５から内側に切れ込んで、かつ端部の中央２６は、切り込みよりも外側に広がる形状としている。この構成により、湾曲部１９の特に端部の中央２６側への指向性を高めることができる。

また、端部の中央２６を略円弧状としている。この構成により、湾曲部１９の特に端部の中央２６の円弧側への指向性を高めることができる。

さらに、円弧のＲをマイクロ波の波長（電子レンジの場合約１２０ｍｍ）の１／４、即ちおおよそ半径Ｒ＝３０ｍｍとしている。この構成により、湾曲部１９の端部の中央２６の円弧側への指向性を最も高めることができる。この場合、端部の中央２６の円弧は、特
に垂直上向きの方向へとマイクロ波を集中させる効果が高いので、パッチアンテナとして作用している可能性がある。

（実施の形態２）
図６にアンテナの構成図を示すが、図６（ａ）は上から見た平面図、図６（ｂ）は前から見た断面図、図６（ｃ）は前から見た正面図である。

アンテナ３４は、幅広面３５と、幅広面３５から曲げられた３つの幅狭面３６、３７、３８と、さらに幅狭面３６、３７、３８から延ばされる短絡面３９、４０、４１を有する。そして幅広面３５と図示しない導体面と３つの幅狭面３６、３７、３８とで囲まれた空間が略ホーンアンテナ形状を構成し、図６ではホーンアンテナの右側に開いた開口に向けてマイクロ波が放射されると考えられる。

しかし本実施の形態のアンテナ３４は、幅広面３５の端部に湾曲部４２を有し、幅狭面３６、３７の端部は、湾曲していない構成である。湾曲部４２により、通常のホーンアンテナとは異なり、開口の方向だけでなく湾曲部方向へのマイクロ波指向性を有する構成となる。図６には、参考までに従来の端部のイメージとして、円弧の端部を一点鎖線４３で示す。

（実施の形態３）
図７にアンテナの構成図を示すが、図７（ａ）は上から見た図、図７（ｂ）は前から見た断面図、図７（ｃ）は前から見た正面図である。

アンテナ４４は、幅広面４５と、幅広面４５から曲げられた３つの幅狭面４６、４７、４８と、さらに幅狭面４６、４７、４８から延ばされる短絡面４９、５０、５１を有する。そして幅広面４５と図示しない導体面と３つの幅狭面４６、４７、４８とで囲まれた空間が略ホーンアンテナ形状を構成し、図６ではホーンアンテナの右側に開いた開口に向けてマイクロ波が放射されると考えられる。しかし本実施の形態のアンテナ４４は、幅狭面４６の端部を切り込んだ湾曲部５２を有し、幅広面４５と幅狭面４７の端部は、湾曲していない構成である。湾曲部５２により、通常のホーンアンテナとは異なり、開口の方向だけでなく湾曲部方向へのマイクロ波指向性を有する構成となる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、最後に従来技術と性能を比較してまとめておく。本実施の形態１と、従来技術のホーン型アンテナ（あるいは回転導波管とも呼ばれる、図８参照）と、他の従来技術のスロットアンテナ（図９参照）と、さらにホーン型アンテナに孔をあけてスロットアンテナと融合させたようなアンテナ（図１０参照）とを比較した。評価した性能は前述の通り、第一に冷蔵ハンバーグと冷凍ごはんの２品同時あたためで加熱終了直後のごはんの最低温度、第二にマイクロ波による年間消費電力量を測定した。前述の通り、ごはんの最低温度はできるだけ高いことが望ましく、年間消費電力量はできるだけ小さいことが望ましい。

まず本実施の形態１の結果は、ごはんの最低温度は６０℃と良好で、年間消費電力量も５２．５ｋＷｈ／年で良好であった。

次に、従来技術のホーン型アンテナ（回転導波管）の結果は、ごはんの最低温度は６０℃と良好だったが、年間消費電力量は５９ｋＷｈ／年とかなり悪かった。年間消費電力量が悪い理由について、図を用いて説明する。図８（ａ）はホーンアンテナ５３を上から見た図、図８（ｂ）は前から見た断面図である。ホーン型アンテナなので中央から右向きに放射されるマイクロ波（矢線５４）が強く、上向きに放射されるマイクロ波が無い。よって大部分のマイクロ波（矢線５５）は、水２９に当たる前にまず壁面５６に当たり、壁面
損失を発生するため、どうしても加熱効率が悪くなるものと考えられる。

次に、他の従来技術のスロットアンテナの結果は、ごはんの最低温度は５℃とかなり低く（その分ハンバーグは過加熱で炭化したが）、一方年間消費電力量は５２．５ｋＷｈ／年と良好であった。ごはんの温度が低い理由について、図を用いて説明する。図９（ａ）はスロットアンテナ５７を上から見た平面図、図９（ｂ）は前から見た断面図である。スロットアンテナなので、孔５８からから上向きに放射されるマイクロ波（矢線５９）が強く、右向きに放射されるマイクロ波が無い。よって相当量のマイクロ波（矢線６０）が、当たって欲しくないハンバーグ２７にも当たって吸収されてしまい、ごはんだけを集中加熱することができないと考えられる。

さらに、従来のホーン型アンテナに孔をあけてスロットアンテナと融合させたようなアンテナ６１（図１０参照）の結果は、孔６２の大きさによって極端に特性が変化するようで、孔６２が小さいと従来のホーン型アンテナと同程度の性能になり、孔６２が大きいと従来のスロットアンテナと同程度の性能になり、両者をうまくバランスさせることができず、ごはんの最低温度と年間消費電力量の両方を満足することができなかった。

よって本発明の実施の形態は、従来技術および従来技術の組合せではできない極めて優れた性能を実現することができると分かった。

以上、本発明の各種実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態において示された事項に限定されず、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者がその変更・応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

本発明のマイクロ波加熱装置は、ホーンアンテナの開口の端部に湾曲部を有することで湾曲部方向への指向性がある程度高まることを見出したので、開口方向への指向性と湾曲部方向への指向性を両立させることが可能となり、マイクロ波を使用する調理器具としての電子レンジ、オーブンレンジ、各種誘電体の加熱、解凍装置であるとか、マイクロ波を使用する半導体装置、乾燥装置などの工業分野での加熱装置、陶芸加熱、焼結あるいは生体化学反応等の用途等に有用である。

本発明の実施形態１におけるマイクロ波加熱装置を右から見た断面構成図 同マイクロ波加熱装置を上から見た断面構成図 （ａ）アンテナを上から見た平面図（ｂ）アンテナを正面から見た断面図（ｃ）アンテナを正面から見た正面図 被加熱物が２品の場合の同マイクロ波加熱装置を正面から見た断面構成図 被加熱物が単品の場合の同マイクロ波加熱装置を正面から見た断面構成図 （ａ）本発明の実施形態２におけるアンテナを上から見た平面図（ｂ）アンテナを正面から見た断面図（ｃ）アンテナを正面から見た正面図 （ａ）本発明の実施形態３におけるアンテナを上から見た平面図（ｂ）アンテナを正面から見た断面図（ｃ）アンテナを正面から見た正面図 （ａ）従来のマイクロ波加熱装置のホーン型アンテナを上から見た平面図（ｂ）被加熱物が単品の場合のマイクロ波加熱装置を正面から見た断面構成図 （ａ）従来のマイクロ波加熱装置のスロットアンテナを上から見た平面図（ｂ）被加熱物が２品の場合のマイクロ波加熱装置を正面から見た断面構成図 従来のホーン型アンテナとスロットアンテナを組み合わせたアンテナを上から見た平面図

１ マグネトロン（マイクロ波発生手段）
２ 導波管
３ 加熱室
７、３４、４４ アンテナ（ホーンアンテナ）
８ モータ（駆動部）
９ 制御部
１１ 導体面
１２、３５、４５ 幅広面
１３、１４、１５、３６、３７、３８、４６、４７、４８ 幅狭面
１６、１７、１８、３９、４０、４１、４９、５０、５１ 短絡面
１９、２０、２１、４２、５２ 湾曲部
２４、２５ 端部の両端
２６ 端部の中央
２７ ハンバーグ（被加熱物）
２８ ごはん（被加熱物）
２９ 水（被加熱物）

Claims (11)

1. マイクロ波発生手段と、マイクロ波を伝送する導波管と、被加熱物を収納する加熱室と、前記導波管から前記加熱室にマイクロ波を放射するために前記加熱室底面の略中央に配置されたホーンアンテナと、前記ホーンアンテナを駆動する駆動部と、前記駆動部を制御して前記ホーンアンテナの向きを制御する制御部とを備え、前記ホーンアンテナの開口を形成する端部に湾曲部を有する構成とし、前記開口の方向だけでなく前記湾曲部方向へのマイクロ波指向性を有する構成としたマイクロ波加熱装置。
2. アンテナは、加熱室底面を形成する導体面上に配置され、導体面と対向する幅広面と、前記幅広面から前記導体面側に向かう少なくとも３つの幅狭面と、さらに前記幅狭面から前記導体面との間に隙間を介して平行に延ばされる短絡面を有し、前記幅広面と前記導体面と前記３つの幅狭面とで略ホーンアンテナ形状を構成し、ホーンアンテナの開口を形成する端部に湾曲部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. 開口を形成する幅広面の端部に湾曲部を有する構成とした請求項２記載のマイクロ波加熱装置。
4. 開口を形成する幅狭面の端部に湾曲部を有する構成とした請求項２記載のマイクロ波加熱装置。
5. 開口を形成する２つの幅狭面の端部に湾曲部を有する構成とした請求項２記載のマイクロ波加熱装置。
6. 開口を形成する幅広面の端部と幅狭面の端部の両方に湾曲部を有する構成とした請求項２記載のマイクロ波加熱装置。
7. 開口を形成する幅広面の端部と２つの幅狭面の端部に湾曲部を有する構成とした請求項２記載のマイクロ波加熱装置。
8. 湾曲部は、直線あるいは円弧などに代表される滑らかな形状の端部に内側への切り込みを有することで形成される構成とした請求項２記載のマイクロ波加熱装置。
9. 切り込みは、端部の両端から内側に切れ込んでかつ端部の中央は切り込みよりも外側に広がる形状とした請求項８記載のマイクロ波加熱装置。
10. 端部の中央を略円弧状とした請求項９記載のマイクロ波加熱装置。
11. 端部中央の円弧のＲをマイクロ波の波長の１／４とした請求項１０記載のマイクロ波加熱装置。