JP2013098021A - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】テーブル、アンテナ、位相器の回転機構などを用いない簡易的な構造で被加熱物を効率良く、ムラ無く加熱すること。
【解決手段】被加熱物１０５を収納する加熱室１０１内に円偏波を放射するスリットにより構成したマイクロ波放射部１０４に導波手段１０３のＨ面に対して傾斜を施すことにより、導波手段１０３が加熱室の内壁の中心２０１に対して非対称に設置された場合でも、被加熱物１０５の均一なマイクロ波加熱および高効率なマイクロ波加熱を実現することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、電子レンジ等のマイクロ波加熱装置に関し、特にマイクロ波放射部の構造に特徴を有するマイクロ波加熱装置に関するものである。

マイクロ波により対象物を加熱処理するマイクロ波加熱装置の代表的な装置としては、電子レンジがある。電子レンジにおいては、マイクロ波発生器において発生したマイクロ波が金属製の加熱室の内部に放射され、加熱室内部の被加熱物が放射されたマイクロ波により加熱処理される。

従来の電子レンジにおけるマイクロ波発生器としては、マグネトロンが用いられている。マグネトロンにより生成されたマイクロ波は、導波管を介して加熱室内部に放射される。加熱室内部におけるマイクロ波の電磁界分布が不均一であると、被加熱物を均一にマイクロ波加熱することができない。

被加熱物を均一に加熱する手段として、被加熱物を載置するテーブルを回転させて被加熱物を回転させる構造、被加熱物を固定してマイクロ波を放射するアンテナを回転させる構造、または位相器によってマイクロ波発生器から発生するマイクロ波の位相を変化させる構造を有するマイクロ波加熱装置が一般的であった。

例えば、従来のマイクロ波加熱装置では、導波管内部に回転アンテナ、アンテナシャフトなどが配置されており、アンテナモータによって回転アンテナを回転させながらマグネトロンを駆動することで、加熱室内のマイクロ波分布の不均一さを低減している。

また、特許文献１に記載されているように、マグネトロンの上部に回転可能なアンテナを設け、該回転アンテナの羽根に送風ファンからの冷却風をあてることにより、該送風ファンの風力でアンテナを回転させ、加熱室内のマイクロ波分布を変化させているマイクロ波加熱装置が提案されている。

一方、位相器を有する例として、マイクロ波加熱による被加熱物の加熱ムラの低減と共にコストダウンおよび給電部の省スペース化を図った特許文献２に記載されているように、加熱室内部に円偏波を放射する単一のマイクロ波放射部を有したマイクロ波加熱装置が提案されている。

特開昭６２−６４０９３号公報 米国特許第４３０１３４７号明細書

しかしながら、前記従来の構成の電子レンジのようなマイクロ波加熱装置では、なるべく簡易的な構造で、被加熱物を効率良く、ムラ無く加熱することが求められているが、これまで提案されていた構造では種々の問題があった。

また、マイクロ波加熱装置、特に電子レンジは、高出力化の技術開発が進み、国内では定格高周波出力１０００Ｗが商品化されている。マイクロ波加熱装置は、熱伝導によって
食品を加熱するのではなく、誘電加熱を用いて直接食品を加熱できる利便性が商品の大きな特徴であるが、加熱ムラが未解決の中での高出力化は加熱ムラの問題をより顕在化させることになる。

従来のマイクロ波加熱装置が抱える構造上の問題としては、下記の３点のことが挙げられる。１点目は、加熱ムラを低減するためにテーブルまたはアンテナを回転させる機構を必要としており、このため回転スペースおよびテーブルまたはアンテナを回転させるモータなどの設置スペースを確保しなければならず、マイクロ波加熱装置の小型化を阻害していたことである。

２点目は、テーブルまたはアンテナを安定的に回転させるために、該回転アンテナを加熱室の上部又は下部に設ける必要があり、構造が制限されていたことである。

３点目は、水蒸気加熱や熱風加熱などの種々の加熱機能を有する電子レンジの登場により、電子レンジの筐体内部に多くの構成部品が必要となることおよび、筐体内部の制御部品などの発熱量が多いため、十分な冷却性能を実現するために風路を確保する必要となり、導波手段およびマイクロ波放射部の設置位置が制限されるため、加熱室内のマイクロ波分布が不均一になってしまうことである。

マイクロ波加熱装置におけるマイクロ波照射室であるアプリケータ内にテーブルまたは位相器の回転機構などを設置することは信頼性を下げる。よって、これら機構を不要とするマイクロ波加熱装置が要求されている。

また、マイクロ波加熱による被加熱物の加熱ムラの低減と共に、コストダウンおよび給電部の省スペース化を図った特許文献２に記載されているような、円偏波を加熱室内部に放射する単一のマイクロ波放射部を有したマイクロ波加熱装置については、回転機構を有していないという利点はあるが、マイクロ波による十分な均一加熱が実現されていないことが課題である。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、回転機構を用いないで、被加熱物を均一にマイクロ波加熱させることが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。また、筐体内部の構成部品により設置位置が制限され、導波手段が加熱室の内壁の中心に対して非対称に設置された場合でも、被加熱物を均一にマイクロ波加熱させることが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。

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、導波手段のＨ面に対してマイクロ波放射部に傾斜を施すことにより、加熱室内のマイクロ波分布を変化させることを可能とした。これによって、加熱室内のマイクロ波分布を変化させる制御因子が多くなり、筐体内部の構成部品により設置位置が制限され、導波手段が加熱室の内壁の中心に対して非対称に設置された場合でも、均一なマイクロ波加熱を実現し易くなる。

さらに、複数のマイクロ波放射部を有したものである。一つのマイクロ波放射部から放射されるマイクロ波にはマイクロ波放射角があるため、単一のマイクロ波放射部で強く加熱できる範囲には限界がある。よって、マイクロ波放射部の数を調整することにより、広範囲の加熱室内のマイクロ波分布を調整し、より均一な加熱を実減するこが可能となる。

また、各マイクロ波放射部の位置する導波手段内のマイクロ波の位相を調整することにより、各マイクロ波放射部から放射されるマイクロ波の相互干渉を利用して、単一のマイクロ波放射部では実現できないマイクロ波分布を得ることが可能となり、均一加熱を実現
することが可能となる。

また、円偏波を放射するマイクロ波放射部を有したものである。これによって、マイクロ波放射部から拡がりをもったマイクロ波が放射され、被加熱物へのマイクロ波の放射をより広い範囲で均一化することができる。特に、円偏波の周方向に対しての均一加熱が期待できる。

また、円偏波を放射するマイクロ波放射部をスリットにより構成される形状としたものである。これによって、被加熱物の加熱ムラを低減するためのテーブルまたはアンテナを回転させる機構が不要となり信頼性の向上および給電部の小型化が可能となる。

本発明によれば、加熱室内に設置した円偏波を放射するマイクロ波放射部に導波手段のＨ面に対して傾斜を施すことにより、筐体内部の構成部品により設置位置が制限され、導波手段が加熱室の内壁の中心に対して非対称に設置された場合でも、被加熱物の均一なマイクロ波加熱が実現できる。また、マイクロ波放射部をスリットにより構成される円偏波を放射する形状とすることにより、アンテナを回転させる機構、テーブルを回転させる機構および位相器などを設けなくても、被加熱物を均一にマイクロ波加熱することができ、給電部の小型化、信頼性の向上、コストダウンを図ることが可能となる。

本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の横断面図 本発明の実施の形態１におけるマイクロ波放射部と被加熱物の上面図 本発明の実施の形態１におけるマイクロ波放射部と定在波の関係説明図 本発明の実施の形態１における導波手段内の電界と磁界と電流の関係説明図 本発明の実施の形態１におけるマイクロ波放射部の形状とマイクロ波放射部直下のＨ面（磁界面）の関係説明図 本発明の実施の形態２におけるマイクロ波放射部とマイクロ波加熱弱領域の上面図 本発明の実施の形態２におけるマイクロ波放射部の形状とマイクロ波放射部直下のＨ面（磁界面）の関係説明図 本発明の実施の形態３におけるマイクロ波放射部とマイクロ波加熱弱領域の上面図 本発明の実施の形態３におけるマイクロ波放射部の形状とマイクロ波放射部直下のＨ面（磁界面）の関係説明図 本発明の実施の形態４におけるマイクロ波放射部の形状の説明図 本発明の実施の形態４における導波手段とマイクロ波放射部の関係説明図

第１の発明は、被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、マイクロ波を伝送する導波手段と、前記加熱室内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射部を有しており、前記導波手段のＨ面（磁界面）に対して前記マイクロ波放射部に傾斜を施すことにより、前記加熱室内に放射するマイクロ波の指向性を調整するものである。

これにより、加熱室内のマイクロ波分布を変化させる制御因子が多くなり、筐体内部の構成部品により設置位置が制限され、導波手段が加熱室の内壁の中心に対して非対称に設置された場合でも、均一なマイクロ波加熱を実現し易くなる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、前記マイクロ波放射部の中心を通り、前記
導波手段内のマイクロ波の電界方向に平行かつ伝送方向に垂直な面をとった場合に、この面に対して前記マイクロ波放射部の形状が面対称でないこととするものである。

第３の発明は、特に、第１の発明において、前記マイクロ波放射部の中心を通り、前記導波手段内のマイクロ波の電界方向および伝送方向に平行な面をとった場合に、この面に対して前記マイクロ波放射部の形状が面対称でないこととするものである。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明において、前記マイクロ波放射部を複数有することとするものである。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明において、前記導波手段の伝送方向の中心軸が前記加熱室の内壁の中心を通らないこととするものである。

第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明において、前記マイクロ波放射部が、円偏波を放射する形状となっていることとするものである。

第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか１つの発明において、前記マイクロ波放射部にＲ面取り加工またはＣ面取り加工を施したこととするものである。

以下、本発明に係るマイクロ波加熱装置の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態のマイクロ波加熱装置においては電子レンジについて説明するが、電子レンジは例示であり、本発明のマイクロ波加熱装置は電子レンジに限定されるものではなく、誘電加熱を利用した加熱装置、生ゴミ処理機、あるいは半導体製造装置などのマイクロ波加熱装置を含むものである。また、本発明は、以下の実施の形態の具体的な構成に限定されるものではなく、同様の技術的思想に基づく構成が本発明に含まれる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の横断面図である。図２は、本実施の形態１における加熱室１０１と導波手段１０３とマイクロ波放射部１０４と被加熱物１０５の位置関係を説明する図である。図３は、マイクロ波放射部１０４と導波手段１０３内に生じる定在波３０１の関係を矩形導波管内を用いて説明する図である。図４は、一般的な矩形導波管内に生じる電界４０１、磁界４０２、電流４０３の関係を説明するための図であり、マイクロ波放射部１０４が位置する定在波３０１の位相と直接波の指向性の説明に用いる。図５は、本実施の形態１のマイクロ波放射部１０４直下の磁界４０２の様子により加熱室１０１内に放射されるマイクロ波の指向性が変化することを説明するための図である。

図１に示すように、本実施の形態のマイクロ波加熱装置である電子レンジは、被加熱物１０５を収納する加熱室１０１と、マイクロ波発生手段１０２と、マイクロ波発生手段１０２から供給されるマイクロ波を加熱室１０１へ伝送するための導波手段１０３と、加熱室１０１内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射部１０４とを有している。

なお、マイクロ波発生手段１０２にはマグネトロン、導波手段１０３には矩形導波管、マイクロ波放射部１０４には導波手段１０３に設けた開口部を用いることでこの構成を容易に実現できる。

図２に示すように、加熱室１０１内にマイクロ波を放射する単数のマイクロ波放射部１０４を有しており、水平面に対して面積の広い被加熱物１０５をマイクロ波加熱する場合について説明を行なう。

以上のように構成されたマイクロ波加熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

最初にマイクロ波加熱装置の概略動作について説明を行う。使用者により加熱室１０１内に被加熱物１０５が置かれ、加熱開始指示が行われると、マイクロ波加熱装置は、マイクロ波発生手段１０２であるマグネトロンから導波手段１０３内にマイクロ波を供給し、加熱室１０１と導波手段１０３とを接続しているマイクロ波放射部１０４を通じて、加熱室１０１内にマイクロ波を放射することで、マイクロ波加熱装置は被加熱物１０５の加熱を行なう。

なお、本発明において、マイクロ波放射部１０４から放射され被加熱物１０５を直接加熱するマイクロ波を直接波と呼び、加熱室１０１の内壁で反射したマイクロ波を反射波と呼ぶ。

また、矩形導波管を用いてマイクロ波発生装置であるマグネトロンから発生したマイクロ波を伝送し、導波管の伝送方向２０５には磁界４０２成分のみが存在して、電界４０１成分のない伝送モードであるＨ波（ＴＥ波；電気的横波伝送 Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗａｖｅ）におけるＴＥ１０モードという伝送モードにより、マイクロ波が伝送されている場合を想定している。

なお、ＴＥ１０モード以外の伝送モードがマイクロ波加熱装置の導波手段１０３に適用されることは殆どない。なお、導波管の伝送および電界方向に対して直角方向２０４の寸法の上限および下限は、マイクロ波の周波数と、導波管の電界方向５０３の寸法によって決定される。

次に、単数のマイクロ波放射部１０４によるマイクロ波加熱時に生ずる被加熱物１０５の加熱ムラについて説明する。

指向性を持たないマイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波により被加熱物１０５を加熱する場合、マイクロ波放射部１０４直上周辺が強く加熱される傾向がある。また、マイクロ波放射部１０４と被加熱物１０５間の距離が短い場合にも同様の傾向がある。

よって、マイクロ波放射部１０４直上周辺だけではなく、その周囲にもマイクロ波が放射されるような指向性を持たせなければ、被加熱物１０５を均一にマイクロ波加熱することは困難である。特に図２示すような水平方向に面積の広い被加熱物１０５に関しては難しい。

従来、このような課題を解決するために、マイクロ波放射部１０４が単一の場合は、テーブル、アンテナ、位相器の回転機構などを用いて機械的にマイクロ波を拡散させるなどの手段を講じなければならず、信頼性の低下、回転機構部においてマイクロ波の損失が多くなり、マイクロ波加熱の効率が低下するという課題を有している。

また、上記の課題を解決するために、従来は、被加熱物１０５に対して上方からマイクロ波を放射する必要があったが、この場合、下方からマイクロ波を放射する場合と比較して、マイクロ波放射部１０４から放射され被加熱物１０５を直接加熱するマイクロ波を直接波が少なく、反射波が多くなるため被加熱物１０５以外でのマイクロ波の損失が多くなり加熱効率が低下するという課題を有している。

次に、図３に示すように、導波手段１０３内に定在波３０１が生じる原理は、導波手段１０３として矩形導波管を用いている場合、マイクロ波発生手段１０２から発生した進行波と導波管の終端２０２で反射した反射波が互いに干渉し、導波管内に定在波３０１が生じる。マイクロ波放射部１０４の位置する定在波３０１の位相によって、マイクロ波放射部１０４の有する指向性は変化する。指向性が変化する原理については以下で説明する。

図４を用いて、一般的な矩形導波管内の定在波３０１における電界４０１・磁界４０２・電流４０３の関係について説明する。進行波は電界４０１と磁界４０２の方向は９０°ずれており、位相は同一である。これに対し、定在波３０１は電界４０１と磁界４０２の方向は９０°ずれており、位相はπ／２ずれている。よって、定在波３０１が発生している矩形導波管内の電界４０１と磁界４０２の関係は図４のようになる。これは、定在波３０１の場合は、進行波が導波管の終端２０２で反射する際に、電界４０１の位相が１８０°ずれることが主な原因である。なお、電流４０３は導波手段１０３の表面を磁界４０２に直交する方向に流れる。

定在波３０１が発生している矩形導波管内の電界方向３０２に垂直な面にマイクロ波放射部１０４を設置した場合の、マイクロ波の指向性についての原理説明を行なう。

図３に示すように導波管内の定在波３０１について、概腹位置３０３と概節位置３０４にマイクロ波放射部１０４が置かれた場合について考える。マイクロ波放射部１０４における電流４０３の伝送方向２０５成分と伝送および電界方向に対して直角方向２０４成分を考えた場合、概腹位置に置かれたマイクロ波放射部１０４における電流４０３には伝送および電界方向に対して直角方向２０４成分が多い。

電流４０３の流れる方向と電界４０１が拡がる方向は同一であるので、放射されるマイクロ波は、伝送および電界方向に対して直角方向２０４に指向性を持つ。

また、概節位置に置かれたマイクロ波放射部１０４における電流４０３には伝送方向２０５成分が多い。このため、放射されるマイクロ波は、伝送方向２０５に指向性を持つ。

次に、導波手段１０３のＨ面（磁界面）５０２に対してマイクロ波放射部１０４に傾斜を施すことにより、加熱室１０１内に放射するマイクロ波の指向性を調整する方法について説明する。

図５に示すように導波手段１０３のＨ面（磁界面）５０２に対してマイクロ波放射部１０４に傾斜がある場合、導波手段１０３内の磁界４０２もマイクロ波放射部１０４の形状に近い状態となる。マイクロ波放射部１０４の形状とマイクロ波放射部１０４直下の磁界４０２の様子との一致度は、傾斜角度などのマイクロ波放射部１０４の形状によって異なる。

図５に示すような関係にマイクロ波放射部１０４の形状とマイクロ波放射部１０４直下の磁界４０２の様子がある場合、上記の矩形導波管内に生じる定在波３０１の位相とマイクロ波放射部１０４の位置の関係により指向性が生じる原理と同様に、マイクロ波が加熱室１０１内に放射される。

よって、平板上のマイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波と比較して、図５に示すような加熱室１０１側に凸とした凸形状のマイクロ波放射部１０４からは、広角化されたマイクロ波が放射させる。

上記の技術を応用することにより、図２に示すような水平面に対して面積の広い被加熱
物１０５を単数のマイクロ波放射部１０４により加熱する場合、本実施の形態で示したようにマイクロ波放射部１０４に凸形状等の傾斜を付けることにより、放射されるマイクロ波の指向性を変化させ、加熱室１０１内の被加熱物１０５の不均一なマイクロ波分布を改善することが可能となる。

ここでは特に放射されるマイクロ波の指向性を広角化させることにより被加熱物１０５の不均一なマイクロ波分布の改善を図っている。

（実施の形態２）
図６は、本実施の形態における加熱室１０１と導波手段１０３とマイクロ波放射部１０４と被加熱物１０５の位置関係を説明する図である。図７は、本実施の形態のマイクロ波放射部１０４直下の磁界４０２の様子により加熱室１０１内に放射されるマイクロ波の指向性が変化することを説明するための図である。

図６に示すように、加熱室１０１内にマイクロ波を放射する単数のマイクロ波放射部１０４を有しており、導波手段における伝送方向の中心軸２０３が導波手段１０３を設置した加熱室の内壁の中心２０１を通らない位置関係となっている構成として説明を行なう。

なお、本発明において、導波手段における伝送方向の中心軸２０３が導波手段１０３を設置した加熱室１０１の内壁の中心２０１を通らない位置関係となっている構成をオフセンタと呼ぶ。

図７に示すように、加熱室１０１内にマイクロ波を放射する単数のマイクロ波放射部１０４を有しており、オフセンタなど影響でマイクロ波加熱の弱領域６０１が生じている条件について説明を行なう。

なお、図面において、実施の形態１と同一動作を示す部分は同一番号を付与している。また、本実施の形態２における基本的な動作は実施の形態１と同様であるとして、以下その動作、作用を説明する。

次に、導波手段１０３と加熱室１０１の位置関係による、加熱室１０１内のマイクロ波分布の不均一性について説明する。本実施の形態では、オフセンタについて述べる。

近年、マイクロ波加熱機能だけではなく、他の加熱方式（水蒸気加熱、輻射加熱、熱風加熱など）を有するマイクロ波加熱装置が登場している。このため、他の加熱機能の性能を確保するため、オフセンタとなる場合が多い。

このため、導波手段１０３における伝送方向の中心軸２０３を対称軸にしてマイクロ波放射部１０４を配置したとしても加熱室１０１内に均一なマイクロ波分布を得ることは困難である。

具体例としては、主に以下の２点が挙げられる。１点目は、水蒸気加熱機能を有する場合であり、水蒸気加熱機能を実現するために水タンク１１０、ポンプ１１１、ヒータ１０８、加熱室１０１内へ水蒸気を噴出する噴出口１１２などを加熱室１０１内外に設置する必要があることである。

２点目は、輻射加熱機能を有する場合であり、上面または底面にヒータ１０８を設置する必要があることである。

また、マイクロ波加熱装置の筐体内に設置されているインバータ、マグネトロン、制御
基盤などからの発熱量は多く、十分に冷却をしなければ、正常な動作ができない部品または焼損する部品がある。よって、十分な冷却性能を確保するために冷却風路１１３の設置位置が優先され、オフセンタとなる場合が多い。

以上のことより、マイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波に指向性を持たせなければ、被加熱物１０５を均一にマイクロ波加熱することは困難である。

従来は、マイクロ波放射部１０４が、単一または導波手段における伝送方向の中心軸２０３が対称軸となるように配置していたため、導波手段１０３がオフセンタの場合は、加熱室１０１内のマイクロ波分布が加熱室の内壁の中心２０１に対して非対称となり、被加熱物１０５を均一に加熱することができなかった。

上記のオフセンタによる直接波・反射波の不均一性によって加熱室１０１内にマイクロ波加熱の弱領域が生じて、被加熱物１０５の均一加熱が困難な場合に、上述の導波手段１０３のＨ面（磁界面）５０２に対してマイクロ波放射部１０４に傾斜を施すことにより、放射するマイクロ波の指向性を調整し、加熱室１０１内のマイクロ波分布を改善する方法の一例を説明する。

図７に示すようにマイクロ波放射部１０４の形状をマイクロ波加熱の弱領域６０１の存在する方向に傾斜面が下がるように構成する。実施の形態１で説明した原理と同様に、このような形状にすることでマイクロ波放射部１０４直下の導波手段内のＨ面（磁界面）５０２が傾斜面の形状と近い様子となり、マイクロ波の放射方向５０１は傾斜面に対して垂直な方向となるので、マイクロ波加熱の弱領域６０１へ放射するマイクロ波量を増加させ、加熱室１０１内のマイクロ波分布の不均一さを改善することができる。

つまり、マイクロ波放射部１０４の中心を通り、導波手段１０３内のマイクロ波の電界方向５０３に平行かつ伝送方向２０５に垂直な面をとった場合に、この面に対してマイクロ波放射部１０４の形状が面対称でない形状とすることにより、マイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波の指向性を調整することが可能となり、マイクロ波加熱の弱領域６０１の存在による不均一なマイクロ波分布を改善することができる。

（実施の形態３）
図８は、本実施の形態における加熱室１０１と導波手段１０３とマイクロ波放射部１０４と被加熱物１０５の位置関係を説明する図である。図９は、本実施の形態のマイクロ波放射部１０４直下の磁界４０２の様子により加熱室１０１内に放射されるマイクロ波の指向性が変化することを説明するための図である。

図８に示すように、加熱室１０１内にマイクロ波を放射する複数のマイクロ波放射部１０４および加熱室１０１内に内壁形状８０１、ドアガラス１０７有した構成として説明を行なう。

なお、図面において、実施の形態１または実施の形態２と同一動作を示す部分は同一番号を付与している。また、実施の形態３における基本的な動作は実施の形態１および実施の形態２と同様であるとして、以下その動作、作用を説明する。

次に、加熱室１０１内の内壁形状８０１などによる、加熱室１０１内のマイクロ波分布の不均一性について説明する。

加熱室１０１内の内壁形状８０１は、非対称である場合が多く、誘電率の異なる多数の部品が取付けられている。具体例としては、主に以下の３点が挙げられる。１点目は、被
加熱物１０５を取出すためのドア１０６およびドアガラス１０７が取付けてあることである。

２点目は、被加熱物１０５を輻射加熱するために上面または底面にヒータ１０８が取付けてあることである。３点目は、被加熱物１０５を対流加熱するために背面裏側にヒータ１０８および対流ファン１０９を取付けるため、内壁形状８０１が複雑となっていることである。

上記のように、加熱室１０１の内壁形状８０１が非対称または誘電率の異なる部品が取付けられていると、加熱室１０１の内壁で反射して被加熱物１０５を加熱する反射波による加熱が不均一となる。

このように加熱室１０１内の内壁形状８０１、ドアガラス１０７などの影響による反射波の不均一性により、指向性のないマイクロ波放射部１０４を用いて、導波手段１０３の伝送および電界方向に対して直角方向２０４にマイクロ波加熱の弱領域６０１が生じる場合を考える。

また、マイクロ波放射部１０４の数を増やし、各マイクロ波放射部の指向性を調整することで加熱室１０１内のマイクロ波分布を調整すれば、広範囲において、より均一な加熱を実現するこが可能となる。

さらに、各マイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波の指向性を調整すると供に、各マイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波の相互干渉を利用して、単一のマイクロ波放射部１０４では実現できないマイクロ波分布を得ることが可能となる。

なお、マイクロ波の相互干渉は、各マイクロ波放射部１０４から任意の点までの距離の差がマイクロ波の加熱室１０１内での波長の１／２の偶数倍（０を含む）の時、マイクロ波は強め合い、奇数倍の時は弱め合う。

以上のことより、マイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波に指向性を持たせなければ、被加熱物１０５を均一にマイクロ波加熱することは困難である。さらに、マイクロ波放射部１０４を複数設置し、マイクロ波放射部１０４に傾斜面を施すことによりマイクロ波分布の変化は大きくなる。

上記の加熱室１０１内の内壁形状８０１などによる直接波・反射波の不均一性によって加熱室１０１内にマイクロ波加熱の弱領域が生じて、被加熱物１０５の均一加熱が困難な場合に、上述の導波手段１０３のＨ面（磁界面）５０２に対してマイクロ波放射部１０４に傾斜を施すことにより、放射するマイクロ波の指向性を調整し、加熱室１０１内のマイクロ波分布を改善する方法の一例を説明する。

図９に示すようにマイクロ波放射部１０４の形状をマイクロ波加熱の弱領域６０１の存在する方向に傾斜面が下がるように構成する。実施の形態１で説明した原理と同様に、このような形状にすることでマイクロ波放射部１０４直下の導波手段内のＨ面（磁界面）５０２が傾斜面の形状と近い様子となり、マイクロ波の放射方向５０１は傾斜面に対して垂直な方向となるので、マイクロ波加熱の弱領域６０１へ放射するマイクロ波量を増加させ、加熱室１０１内のマイクロ波分布の不均一さを改善することができる。

つまり、マイクロ波放射部１０４の中心を通り、導波手段１０３内のマイクロ波の電界方向５０３および伝送方向２０５に平行な面をとった場合に、この面に対してマイクロ波放射部１０４の形状が面対称でない形状とすることにより、マイクロ波放射部１０４から
放射されるマイクロ波の指向性を調整することが可能となり、マイクロ波加熱の弱領域６０１の存在による不均一なマイクロ波分布を改善することができる。

（実施の形態４）
図１０は、本発明の実施の形態４におけるスリットにより構成される円偏波を放射するマイクロ波放射部１０４の形状の例を示した図である。

図１１は、効率よくマイクロ波を放射するための最良な形状を示した図である。

本実施の形態において、実施の形態１〜実施の形態３と同一動作を示す部分は同一番号を付与している。また、実施の形態４における基本的な動作および電磁界解析の条件は実施の形態１〜実施の形態３と同様であるとして、以下その動作、作用を説明する。

まず、円偏波の特徴および円偏波を用いたマイクロ波加熱の利点について説明する。

円偏波とは、移動通信および衛星通信の分野で広く用いられている技術である。身近な使用例としては、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）「ノンストップ自動料金収受システム」などが挙げられる。円偏波は、電界４０１の偏波面が電波の進行方向に対して時間に応じて回転するマイクロ波であり、円偏波を形成すると電界４０１の方向が時間に応じて変化し続けるので、加熱室１０１内に放射されるマイクロ波の放射角度も変化し続け、時間的に電界強度の大きさが変化しないという特徴を有している。

前記の特徴により、従来のマイクロ波加熱装置に用いられている直線偏波によるマイクロ波加熱と比較して、広範囲にわたってマイクロ波が分散放射されて、被加熱物１０５を均一に加熱することができるようになる。特に、円偏波の周方向に対して均一加熱の傾向が強い。

なお、円偏波は回転方向から右旋偏波（ＣＷ：ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ）と左旋偏波（ＣＣＷ：ｃｏｕｎｔｅｒ ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ）の２種類に分類されるが、加熱性能に違いはない。

よって、従来の直線偏波を用いたマイクロ波加熱装置によるマイクロ波加熱で問題とされていた、直接波と反射波の干渉によって生じる加熱室１０１内に定在波３０１を緩和することが可能となり、より均一なマイクロ波加熱を実現することができる。

円偏波に対して、導波手段１０３内のマイクロ波は電界４０１および磁界４０２の振動方向が一定方向である直線偏波である。上記の直線偏波を加熱室１０１内に放射する従来のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波分布の不均一さを低減するために、被加熱物１０５を載置するテーブルを回転させる構造、導波手段１０３から加熱室１０１へマイクロ波を放射するアンテナを回転させる構造、または導波手段１０３内に位相器を設置しなければならなかった。

しかし、テーブル、アンテナを回転させる機構および位相器を設置しても、加熱室１０１内において十分均一なマイクロ波加熱を実現するには不十分である。さらに、回転機構および位相器を設置することにより、マイクロ波加熱装置の構造の複雑化、構造の制限または信頼性の低下が問題となる。

次に、円偏波を放射するマイクロ波放射部１０４の形状について説明する。特にここでは、スリットにより構成されるマイクロ波放射部１０４について述べる。

マイクロ波放射部１０４の形状の例を、図１０にマイクロ波放射部１０４ａ〜１０４ｆとして示した。図１０のように、マイクロ波放射部１０４がスリットにより構成されており、図１１に示すように少なくとも１本のスリットの長辺１１０１をマイクロ波の伝送方向２０５に対して傾いた形状となっていれば良い。よって、図１０のマイクロ波放射部１０４ｅおよびマイクロ波放射部１０４ｆのように交差していない形状や、図１０のマイクロ波放射部１０４ｄのように３本のスリットにより構成されている形状でも良い。

図１０および図１１に示すように、円偏波を放射するマイクロ波放射部１０４をスリットにより構成することで、回転体などの複雑な機構を用いることなしに、単純な構造で構成できるため、信頼性の向上および給電部の小型化が可能となる。

なお、図１１に示すように２本のスリットにより構成されている円偏波を放射するマイクロ波放射部１０４の最良な形状の条件としては以下の３点が挙げられる。

１点目は、各スリットの長辺１１０１の長さは導波手段１０３内を伝送されているマイクロ波の管内波長の１／４以上であることである。

２点目は、２本のスリットはお互いに直交していることおよび伝送方向２０５に対して各スリットの長辺１１０１が４５°傾いていることである。

３点目は、導波手段１０３の伝送方向２０５に平行かつマイクロ波放射部１０４の中心を通る直線を軸として、電界４０１の分布が軸対照とならないことである。例えば、特許文献２で示されているように、ＴＥ１０モードでマイクロ波を伝送している場合においては、導波手段における伝送方向の中心軸２０３を対称軸として電界４０１が分布しているので、マイクロ波放射部１０４の形状が、導波手段における伝送方向の中心軸２０３に対して軸対照とならないように配置することが条件となる。

次に、効率よくマイクロ波を加熱室１０１内に放射することができるスリットにより構成されている円偏波を放射するマイクロ波放射部１０４の形状について説明する。

マイクロ波は、角や先端の尖った部分に集中する性質を有している。このため、例えば、２本のスリットを互いに交差させ、各スリットの長辺１１０１を導波手段１０３における伝送方向２０５に対して傾けた形状の交差部分周辺１１０４が尖った形状であると、マイクロ波による電界集中が生じ、加熱効率が低下する。また、スリット末端１１０５の角に同様の理由でマイクロ波による電界集中が生じ、加熱効率が低下する。

よって、マイクロ波放射部１０４の角や先端の尖った部分にＲ面取り加工１１０２またはＣ面取り加工１１０３を施すことで、効率よくマイクロ波を加熱室１０１内に放射することができる。

以上のように、本発明のマイクロ波加熱装置は、被加熱物への均一照射ができるので、個食食品の加熱加工や殺菌などを行うマイクロ波加熱装置などに有効に利用することができる。

１０１ 加熱室
１０２ マイクロ波発生手段
１０３ 導波手段
１０４ マイクロ波放射部
２０１ 加熱室の内壁の中心
２０３ 導波手段の伝送方向の中心軸
２０４ 伝送および電界方向に対して直角方向
２０５ 伝送方向
５０２ Ｈ面（磁界面）
１１０２ Ｒ面取り加工
１１０３ Ｃ面取り加工

Claims (7)

1. 被加熱物を収納する加熱室と、
   マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、
   マイクロ波を伝送する導波手段と、
   前記加熱室内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射部を有しており、
   前記導波手段のＨ面（磁界面）に対して前記マイクロ波放射部に傾斜を施すことにより、前記加熱室内に放射するマイクロ波の指向性を調整することを特徴とするマイクロ波加熱装置。
2. 前記マイクロ波放射部の中心を通り、前記導波手段内のマイクロ波の電界方向に平行かつ伝送方向に垂直な面をとった場合に、この面に対して前記マイクロ波放射部の形状が面対称でないことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
3. 前記マイクロ波放射部の中心を通り、前記導波手段内のマイクロ波の電界方向および伝送方向に平行な面をとった場合に、この面に対して前記マイクロ波放射部の形状が面対称でないことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
4. 前記マイクロ波放射部を複数有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
5. 前記導波手段の伝送方向の中心軸が前記加熱室の内壁の中心を通らないことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
6. 前記マイクロ波放射部が、円偏波を放射する形状となっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
7. 前記マイクロ波放射部にＲ面取り加工またはＣ面取り加工を施した請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。