JP2016119253A - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、加熱室内の被加熱物に対して、特に加熱室の中央領域に載置された被加熱物に対して均一に加熱することが可能な構成を有すると共に、局所加熱も可能な小型のマイクロ波加熱装置を提供すること。【解決手段】マイクロ波加熱装置における導波管構造アンテナ（５）は、伝送部（４）のマイクロ波を導波管構造の空間に導き、回転駆動部（１５）により回転可能な結合部（７）と、結合部に接合され、導波管構造の空間を規定する導波構造部（８）とを有し、導波構造部は、結合部から導波管構造の空間を伝送したマイクロ波を放射する先端開放部（１３）と、導波構造部の回転中心近傍に形成され、導波管構造の空間内のマイクロ波を円偏波に形成して放射する複数のマイクロ波吸出し開口（１４）と、管軸を挟んで対向する２つのマイクロ波吸出し開口の間の平坦な領域と、を有する。【選択図】図３

Description

本開示は、被加熱物にマイクロ波を放射して誘電加熱する電子レンジ等のマイクロ波加熱装置に関するものである。

代表的なマイクロ波加熱装置である電子レンジにおいては、代表的なマイクロ波発生部であるマグネトロンから放射されたマイクロ波を金属製の加熱室の内部に供給し、加熱室内部に配置された被加熱物を誘電加熱する。

近年、電子レンジにおいては、被加熱物である食品が載置される加熱室の底面をフラットに形成して、食品の出し入れを容易にした利便性の高い製品が実用化されている。このように底面がフラットに形成された広い加熱室では、基本的に加熱室全体において被加熱物が均一に加熱されることが好ましい。加熱室の全体において均一に加熱することを目的として、加熱室の底面の下側に導波管構造の回転アンテナを設けた構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１において提案されている導波管構造の回転アンテナは、マグネトロンからのマイクロ波を伝送する導波管に磁界結合された扇形状を有する導波管構造を有している。この導波管構造は、扇形状の円弧部分以外に低インピーダンス部分を形成して、扇形状の円弧部分からマイクロ波を放射する構成である。このように構成された導波管構造の回転アンテナを加熱室の底面の下側において回転させることにより、加熱室内の全体における加熱分布の均一化が図られている。

図１７は、特許文献１に開示された導波管構造の回転アンテナを有する電子レンジの構成を示す正面断面図である。図１７に示すように、特許文献１に開示された電子レンジにおいては、高周波発振器であるマグネトロン１０１からのマイクロ波が、導波管１０２を伝送して、導波管構造の回転アンテナ１０３を介して加熱室１０４内に放射される。加熱室１０４内に放射されたマイクロ波は、加熱室１０４の底面１０８上に載置された被加熱物（図示せず）を加熱する。回転アンテナ１０３は、平面視で扇形状を有し、モータ１０５により結合軸１０９を介して回転駆動される。結合軸１０９は導波管１０２内を伝搬してきたマイクロ波を導波管構造の回転アンテナ１０３に導くとともに、回転アンテナ１０３を回転させている。扇形状の導波管構造において、円弧部分以外には低インピーダンス部１０６が形成されており、円弧部分の放射口１０７からマイクロ波が放射される。回転アンテナ１０３は、放射口１０７から放射されたマイクロ波により加熱室１０４内の被加熱物が加熱される構成である。

また、加熱室内の全体を加熱するのではなく、例えば、冷凍と室温の２食品を同時に加熱室内において加熱する場合には、冷凍食品が載置された領域を局所的に集中加熱できる機能が必要である。このような局所的に集中加熱できる機能を有する電子レンジとしては、特許文献２に提案されているようなマイクロ波の放射口が特定されている導波管構造の回転アンテナを加熱室の底面の下側に配置して移動できる構成として、赤外線センサで検出した庫内温度分布に基づき、回転アンテナの停止位置の制御を行う構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

図１８は、特許文献２に開示された導波管構造の回転アンテナを有する電子レンジの構成を示す正面断面図である。図１８に示すように、特許文献２に開示された電子レンジにおいては、マグネトロン２０１からのマイクロ波が、導波管２０２を伝送し、導波管構造の回転アンテナ２０３を介して加熱室２０４内に放射される。加熱室２０４内に放射されたマイクロ波は、加熱室２０４の底面２０８上に載置された被加熱物を加熱する。回転アンテナ２０３は、平面視で四角形状を有し、四角形状の一辺が放射口２０７となり、その他の３辺に低インピーダンス部２０６が形成されている。移動する回転アンテナ２０３における放射口２０７から放射されたマイクロ波が加熱室２０４の特定の領域に放射されて、被加熱物を加熱する構成である。

特許文献２の加熱室２０４には温度分布検出手段として赤外線温度検出器２１０が設けられており、赤外線温度検出器２１０により検出された加熱室２０４の温度分布に基づいて制御手段２１１により回転アンテナ２０３の放射口２０７の位置が制御されている。

特許文献２に開示された回転アンテナ２０３は、導波管移動手段である導波管モータ２０５により加熱室２０４の底面２０８の下方に形成された給電室２０９の内部を回転しながら円弧上を移動する構成である。上記のように構成された特許文献２の電子レンジは、回転アンテナ２０３の放射口２０７が回転しつつ移動して、検出された被加熱物の低温部分に対して集中的に局所加熱する。

特公昭６３−５３６７８号公報 特許２８９４２５０号公報

上記のように構成された特許文献１に開示された電子レンジの構成においては、導波管構造の回転アンテナ１０３の放射口１０７からマイクロ波が放射されるため、回転アンテナ１０３の回転中心の結合軸１０９を中心として放射状にマイクロ波が放射される。結合軸１０９が加熱室１０４の底面中央の直下に設けられているため、特許文献１に開示された電子レンジにおいては、加熱室１０４の底面１０８の中央領域に載置された被加熱物に対しては直接的にマイクロ波を放射することができず、加熱室１０４の内部における全ての領域に載置された被加熱物に対して均一に加熱することが困難であった。

また、特許文献２に開示された電子レンジの構成においては、導波管構造の回転アンテナ２０３が加熱室２０４の底面２０８の下方を移動できる構成であるため、加熱室２０４内の加熱分布の均一化及び低温部分に対する集中的な局所加熱が可能である。しかしながら、特許文献２の電子レンジの構成においては、導波管構造の回転アンテナ２０３を加熱室２０４の底面２０８の下方において回転しつつ移動させる導波管回転移動機構を設ける必要があり、構造が複雑であると共に、装置が大型化するという課題を有していた。

本開示は、前記の従来の電子レンジにおける課題を解決するものであり、加熱室内の被加熱物に対して、特に加熱室の中央領域に載置された被加熱物に対して均一に加熱することが可能な構成を有すると共に、局所加熱も可能な小型のマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様のマイクロ波加熱装置は、
被加熱物を収納する加熱部と、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、
前記マイクロ波発生部が発生させたマイクロ波を伝送する伝送部と、
マイクロ波が伝送する空間を有する導波管構造を有し、前記伝送部のマイクロ波を前記加熱部に放射する導波管構造アンテナと、
前記導波管構造アンテナを回転させる回転駆動部と、を備え、
前記導波管構造アンテナは、前記伝送部のマイクロ波を前記導波管構造の空間に導き、前記回転駆動部により回転可能な結合部と、前記結合部に接合され、前記導波管構造の空間を規定する導波構造部と、を有し、
前記導波構造部は、前記結合部から前記導波管構造の空間を伝送したマイクロ波を放射する先端開放部と、前記導波管構造の空間内のマイクロ波を円偏波に形成して放射する複数のマイクロ波吸出し開口と、を有し、
複数の前記マイクロ波吸出し開口は、前記導波管構造における伝送方向に延びる管軸を挟んで対向するように配置され、
前記導波構造部は、前記管軸を挟んで対向する２つの前記マイクロ波吸出し開口の間に平坦な領域を有する。

本開示によれば、加熱室内の加熱分布の均一化を達成すると共に、局所加熱の可能な構成を有する小型のマイクロ波加熱装置を提供することができる。

本開示に係る実施の形態１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断面図 実施の形態１のマイクロ波加熱装置における加熱部の給電室を示す斜視図 実施の形態１のマイクロ波加熱装置における加熱部の給電室を示す平面図 実施の形態１のマイクロ波加熱装置における導波管構造アンテナの具体例を示す分解斜視図 一般的な方形導波管を示す斜視図 直線偏波を放射するＩ字形状の開口を有する導波管のＨ面を示す平面図 円偏波を放射するＸ字形状の開口を有する導波管のＨ面を示す平面図 導波管と被加熱物との位置関係を示す正面図 図５Ａの直線偏波の開口による特性図 図５Ｂの円偏波の開口による特性図 スリット長さを固定して、「食品有り」の条件で解析を行った特性結果を示す図 実施の形態１の電子レンジの構成における吸出し効果の例を示す模式図 実施の形態１の電子レンジの構成における吸出し効果の例を示す模式図 発明者が実験で用いた導波管構造アンテナの導波構造部の平面形状を示す図 発明者が実験で用いた導波管構造アンテナの導波構造部の平面形状を示す図 実施の形態１の電子レンジにおける導波管構造アンテナの導波構造部を示す平面図 被加熱物の庫内１／４配置を説明する図 被加熱物の内寄せ配置を説明する図 実施の形態１の電子レンジの構成における導波構造部のマイクロ波吸出し開口の寸法関係を示す図 マイクロ波吸出し開口間の領域の距離をパラメータとし、加熱実験を行った実験１〜３の結果を示す図 実施の形態１の電子レンジにおける導波管構造アンテナの導波構造部の変形例を示す平面図 実施の形態１の電子レンジにおける導波管構造アンテナの導波構造部の別の変形例を示す平面図 特許文献１に開示された導波管構造の回転アンテナを有する電子レンジの構成を示す正面断面図 特許文献２に開示された導波管構造の回転アンテナを有する電子レンジの構成を示す正面断面図

本開示に係る第１の観点のマイクロ波加熱装置は、
被加熱物を収納する加熱部と、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、
前記マイクロ波発生部が発生させたマイクロ波を伝送する伝送部と、
マイクロ波が伝送する空間を有する導波管構造を有し、前記伝送部のマイクロ波を前記加熱部に放射する導波管構造アンテナと、
前記導波管構造アンテナを回転させる回転駆動部と、を備え、
前記導波管構造アンテナは、前記伝送部のマイクロ波を前記導波管構造の空間に導き、前記回転駆動部により回転可能な結合部と、前記結合部に接合され、前記導波管構造の空間を規定する導波構造部と、を有し、
前記導波構造部は、前記結合部から前記導波管構造の空間を伝送したマイクロ波を放射する先端開放部と、前記導波管構造の空間内のマイクロ波を円偏波に形成して放射する複数のマイクロ波吸出し開口と、を有し、
複数の前記マイクロ波吸出し開口は、前記導波管構造における伝送方向に延びる管軸を挟んで対向するように配置され、
前記導波構造部は、前記管軸を挟んで対向する２つの前記マイクロ波吸出し開口の間に平坦な領域を有する。

上記のように構成された本開示に係る第１の観点のマイクロ波加熱装置は、加熱室内の被加熱物に対して、特に加熱室の中央領域に載置された被加熱物に対して均一に加熱することが可能であると共に、局所加熱も可能な小型のマイクロ波加熱装置となる。

本開示に係る第２の観点のマイクロ波加熱装置においては、前記の第１の観点におけるマイクロ波吸出し開口は、少なくとも２つの長孔が交差する開口を含む形状を有し、
前記管軸を挟んで対向する２つの前記マイクロ波吸出し前記管軸を挟んで対向する２つの前記マイクロ波吸出し開口の開口形状において、前記結合部に近い対向する開口間の距離が前記結合部から遠い対向する開口間の距離より長く形成されている。このように構成された本開示に係る第２の観点のマイクロ波加熱装置は、加熱室に対してマイクロ波吸出し開口から確実に円偏波を放射することが可能となる。

本開示に係る第３の観点のマイクロ波加熱装置においては、前記の第１又は第２の観点における前記結合部は、前記回転駆動部に接続されて回転し、前記導波管構造における伝送方向に交差する回転軸を有する結合軸と、前記結合軸の周りに形成され、前記導波構造部に接合するための接合部分を形成するフランジと、を有し、
前記マイクロ波吸出し開口は、前記フランジにおいて短く形成された接合部分の縁に近接して形成されている。このように構成された本開示に係る第３の観点のマイクロ波加熱装置は、加熱室の中央領域に載置された被加熱物に対して確実に加熱することが可能となる。

本開示に係る第４の観点のマイクロ波加熱装置においては、前記の第１〜３のいずれかの観点における前記管軸を挟んで対向する２つの前記マイクロ波吸出し開口の開口間の距離は、前記導波構造部の幅の約１／７〜１／４である。このように構成された本開示に係る第４の観点のマイクロ波加熱装置は、加熱分布の均一化をしつつ、局所加熱をする場合に、被加熱物に対する加熱の指向性を高めることが確実に可能となる。

以下、本開示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、本開示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、本開示は、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開示に含まれる。

（実施の形態１）
図１は、本開示に係る実施の形態１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、電子レンジを正面側から見た断面図である。なお、以下の説明において、電子レンジの左右方向とは図１における左右方向を意味し、前後方向とは図１における紙面に垂直な方向であり装置の前面側と背面側を結ぶ方向を意味する。

図１に示すように、実施の形態１の電子レンジ１は、加熱部２と、マグネトロン３と、導波管４と、導波管構造アンテナ５と、載置台６とを備える。加熱部２は、代表的な被加熱物である食品（図示せず）を載置するための載置台６の上側の空間で構成された加熱室２ａと、載置台６の下側の空間で構成された給電室２ｂとを有する。マグネトロン３は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部の一例である。導波管４は、マグネトロン３において発生したマイクロ波を加熱部２に伝送する伝送部の一例である。導波管構造アンテナ５は、伝送部である導波管４内のマイクロ波を加熱部２内に放射するよう構成され、載置台６の下側の給電室２ｂの空間内部に設けられている。

加熱部２における載置台６は、被加熱物である食品を載置するフラットな面を有する。載置台６は、導波管構造アンテナ５が設けられた給電室２ｂの全体を覆うことにより、導波管構造アンテナ５が加熱室２ａ内に露出しないように給電室２ｂを塞ぐと共に、加熱室２ａの底面を構成している。載置台６の上面（載置面）がフラットに形成されているため、ユーザによる食品の出し入れを容易なものとしており、載置台６に付着した汚れなどをふき取りやすく構成されている。載置台６の材料としては、ガラスやセラミックなどのマイクロ波が透過しやすい材料が用いられている。このように載置台６の材料としてマイクロ波が透過しやすい材料を用いることにより、載置台６の下側にある給電室２ｂの導波管構造アンテナ５から放射されたマイクロ波が載置台６の上側の加熱室２ａ内の空間に確実に伝搬する構成である。

導波管構造アンテナ５は、導波管４内からマイクロ波を引き出す結合部７と、結合部７により引き出されたマイクロ波が導かれる箱形の導波管構造を有する導波構造部８とを有する。結合部７は、結合軸７ａとフランジ７ｂにより構成されている。結合軸７ａは回転駆動部であるモータ１５に接続されており、後述する制御部１７からの制御信号により、結合部７に接合された導波構造部８は回転制御される構成である。即ち、導波管構造アンテナ５は結合部７の結合軸７ａを中心に回転駆動され、停止位置、回転期間、回転速度などが制御される。結合部７は金属、例えば、アルミメッキ鋼板で形成され、結合部７に接続されているモータ１５の接続部分は、例えば、フッ素樹脂で形成されている。
図１に示すように、結合部７の結合軸７ａは、伝送部である導波管４と給電室２ｂとを連通する開口を貫通しており、結合軸７ａは貫通する開口との間に所定の間隔の隙間、例えば、５ｍｍ以上の隙間を有している。結合軸７ａが上記の開口を貫通することにより導波管４からのマイクロ波を導波管構造アンテナ５の導波構造部８に効率高く導くように構成されている。

実施の形態１の電子レンジ１は、回転駆動部であるモータ１５が導波管構造アンテナ５の結合部７に接合されており、結合部７の回転により導波管構造アンテナ５からのマイクロ波の放射方向が変更される。また、実施の形態１の電子レンジ１には、加熱室２ａの側面上方に赤外線センサ１６が設けられている。赤外線センサ１６は、加熱室２ａを複数の領域に区分してそれぞれの領域の庫内温度状態を検出して、その検出信号（検出結果）を制御部１７に送信する構成である。制御部１７は、赤外線センサ１６からの検出信号に基づいて、マイクロ波発生部であるマグネトロン３及び回転駆動部であるモータ１５を駆動制御する。赤外線センサ１６は、加熱室２ａの庫内温度状態、特に、食品の状態を検出する状態検出部の一例であって、食品の状態として食品の表面温度を検出している。上記のように、実施の形態１の電子レンジ１においては、制御部１７が赤外線センサ１６からの検出信号に基づきマグネトロン３の発振制御及びモータ１５の回転制御を行っている。

なお、実施の形態１では、状態検出部の一例として、食品の温度を検出する赤外線センサ１６を用いた場合について説明するが、本開示はこの構成に限定されるものではない。例えば、食品の重量（重心）を検出する重量センサや、食品の画像を取得する画像センサなどを状態検出部として用いた構成も本開示に含まれる。或いは、このような状態検出部を用いない構成であって、予め設定された動作に基づいた駆動制御であっても本開示に含まれる。例えば、ユーザによって選択可能な複数のプログラムを電子レンジ１に記憶させておき、ユーザが選択したプログラムに基づき、制御部１７がモータ１５を駆動制御して導波管構造アンテナ５の回転位置の制御を行ってもよい。

図２Ａは、導波管構造アンテナ５が設けられた加熱部２の給電室２ｂを示す斜視図であり、載置台６を取り除いた加熱部２の底面部分が示されている。図２Ｂは図２Ａの給電室２ｂを示す平面図である。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、加熱室２ａの直下に配置され、載置台６により加熱室２ａと区分される給電室２ｂには、導波管構造アンテナ５が設けられている。導波管構造アンテナ５における結合軸７ａの回転中心Ｇは、給電室２ｂの前後方向及び左右方向の中心の位置にあり、即ち、加熱室２ａの底面となる載置台６の前後方向及び左右方向の中心の直下の位置である。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、給電室２ｂの底面１１と載置台６の下面により構成される給電空間は、結合部７の回転中心Ｇを含む給電室２ｂの前後方向に延びる中心線Ｊ（図２Ｂ参照）に対して対称な形状を有している。給電空間の左右壁面には中心側に突出した凸部１８がそれぞれ形成されている。一方の凸部１８の下方にはマグネトロン３が設けられている。マグネトロン３の出力端３ａからのマイクロ波は、給電室２ｂの直下に形成された伝送部である導波管４を伝送し、結合部７を介して導波管構造の導波構造部８に導かれ、給電室２ｂ内に放射される。

給電室２ｂの給電空間の側面を形成する側壁面２ｃは、斜め上方を向く斜面で形成されている。このように形成された側壁面２ｃは、導波管構造アンテナ５から水平方向に放射されたマイクロ波を反射して、上方の加熱室２ａに反射する構成である。

図３は、導波管構造アンテナ５の具体例を示す分解斜視図である。導波管構造アンテナ５における平面視が略四角形である導波構造部８は、図３に示すように、四辺における三辺が直線状であり、残りの一辺が円弧状に形成された導波管構造を有する。導波構造部８における円弧状の一辺は開口しており、導波構造部８内を伝送したマイクロ波を放射する先端開放部１３となっている。また、導波構造部８は、載置台６の下面に対向する上壁面９と、上壁面９に繋がる三方の側壁面１０ａ、１０ｂ、１０ｃと、三方の側壁面１０ａ、１０ｂ、１０ｃのそれぞれから給電室２ｂの底面に対向して水平外側に延設された低インピーダンス部１２とを備える。導波構造部８の上壁面９の下面には、結合部７が接合される接合部分が形成されている。

導波構造部８における側壁面１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、箱形の導波管構造の導波構造部８の周囲三方を塞ぐように形成されており、導波構造部８からのマイクロ波の漏洩を抑制している。導波構造部８においては、残りの一方となる結合部７から最も離れた位置に先端開放部１３が形成されている。先端開放部１３の開口からは結合部７から導波構造部８を伝送したマイクロ波が水平方向に放射される。三方の側壁面１０ａ、１０ｂ、１０ｃのそれぞれの下端から水平外側に延びる低インピーダンス部１２は、給電室２ｂの底面１１とわずかな隙間を有して対向するように平行に形成されている。なお、実施の形態１における導波構造部８においては、給電室２ｂの底面１１との間の隙間を確保するために、低インピーダンス部１２の一部に絶縁樹脂スペーサ（図示せず）を装着するための保持部１９が形成されている。

図３に示すように、各低インピーダンス部１２には複数のスリット１２ａが形成されている。各スリット１２ａは、それぞれのスリット１２ａが形成された低インピーダンス部１２に繋がる側壁面１０ａ、１０ｂ、１０ｃに直交する方向に延びて形成されている。このように、各側壁面１０ａ、１０ｂ、１０ｃの下端から延びる低インピーダンス部１２が形成されているため、側壁面１０ａ、１０ｂ、１０ｃと給電室２ｂの底面１１との隙間から、側壁面１０ａ、１０ｂ、１０ｃに直交する方向のマイクロ波の漏洩が大幅に抑制されている。一方、低インピーダンス部１２に形成されている複数のスリット１２ａは所定間隔で配置することで周期構造を成し、側壁面１０ａ、１０ｂ、１０ｃに平行な方向のマイクロ波の漏洩を抑制している。この所定間隔は、導波構造部８を伝送する波長に応じて適宜決定される。

上記のように、導波管構造アンテナ５の導波構造部８においては、略四角形の上壁面９における一辺のみが円弧状に形成されており、この円弧状の縁部分の下方が広く開放された先端開放部１３となっている。なお、実施の形態１の電子レンジにおいては、先端開放部１３が円弧状に形成された例で説明したが、本開示はこの形状に限定されるものではなく、直線状、曲線状であってもよい。

実施の形態１の電子レンジにおいては、図３に示すように、上壁面９には後述するように特殊な機能を有する複数の開口であるマイクロ波吸出し開口１４が形成されている。このように構成された導波管構造アンテナ５においては、導波構造部８の内部のマイクロ波が、先端開放部１３と複数のマイクロ波吸出し開口１４から制御されて放射される構成である。

図３の分解斜視図に示すように、導波管構造アンテナ５は、箱形の導波管構造の導波構造部８に対して回転中心となる結合部７が固着されている。実施の形態１の構成においては、結合部７に形成されたフランジ７ｂが接合部分として導波構造部８の上壁面９に対して接合（カシメ、スポット溶接、ビス締め）されている。なお、結合部７と導波構造部８との接合としては、溶接などの接合手段を用いて結合軸７ａを上壁面９に直接接合することも可能である。

本開示のマイクロ波加熱装置は、発明者の各種実験に基づき、上記のように構成された導波管構造アンテナ５が後述するように特殊な導波管構造を有するため、加熱室内における被加熱物に対する局所加熱が可能となるとともに、加熱室内の加熱分布の均一化を図ることが可能となる。本開示に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置である電子レンジにおいては、特に、導波管構造アンテナにおける回転中心の直上の加熱室の中央領域において、効率高く加熱することができるとともに、この中央領域の加熱温度の不均一を抑制することができる構成を有する。以下に、実施の形態１のマイクロ波加熱装置である電子レンジにおける特殊な導波管構造について説明する。

[導波管構造]
まず、導波管構造の理解のために、図４を用いて、一般的な導波管３００について説明する。最も単純で一般的な導波管３００は、図４に示すように、一定の長方形の断面（幅ａ、高さｂ）を伝送方向Ｚに伸ばした直方体からなる方形導波管である。マイクロ波の自由空間での波長をλ_０としたときに、導波管３００の幅ａ及び高さｂを、λ_０＞ａ＞λ_０／２、及びｂ＜λ_０／２の範囲内から選ぶことにより、当該導波管３００内をＴＥ１０モードでマイクロ波を伝送することが知られている。

ＴＥ１０モードとは、導波管３００内においてマイクロ波の伝送方向Ｚには磁界成分のみが存在して電界成分は存在しない、Ｈ波(ＴＥ波；電気的横波伝送（Transverse Electric Wave））における伝送モードのことを指す。

ここで、導波管３００内の管内波長λｇの説明に先立って、自由空間の波長λ_０について説明する。自由空間の波長λ_０は、λ_０＝ｃ／ｆの式により求められる。この式において、ｃは光の速度であり、略２．９９８×１０^８[ｍ／ｓ]で一定である。一方、ｆは発振周波数であり、電子レンジの場合には２．４〜２．５［ＧＨｚ］（ＩＳＭバンド）の幅を有する。発振周波数ｆはマグネトロンのばらつきや負荷条件によって変化するため、自由空間の波長λ_０も変化する。これにり、自由空間の波長λ_０は、最小１２０［ｍｍ］（２．５ＧＨｚ時）から最大１２５［ｍｍ］（２．４ＧＨｚ時）まで変化する。

電子レンジに用いる導波管３００の場合には、自由空間の波長λ_０の範囲等を考慮して、一般的には、導波管３００の幅ａを８０〜１００ｍｍ、高さｂを１５〜４０ｍｍ程度の範囲内から選ぶことが多い。このとき、図４に示した導波管３００において、その上下面である幅広面３０１を、磁界が平行に渦巻く面という意味でＨ面と呼び、左右面である幅狭面３０２を、電界に平行な面という意味でＥ面と呼ぶ。

なお、マイクロ波発生部であるマグネトロンからのマイクロ波をλ_０とし、導波管内を伝送するときのマイクロ波の波長を管内波長λｇとすると、λｇ＝λ_０／√（１−（λ_０／（２×ａ））^２）で求められる。従って、管内波長λｇは、導波管３００の幅ａの寸法によって変化するが、高さｂの寸法には無関係である。ＴＥ１０モードにおいては、導波管３００の幅方向Ｗの両端（Ｅ面）３０２で電界が０、幅方向Ｗの中央で電界が最大となる。

図１及び図３で示した実施の形態１における導波管構造アンテナ５に関しても、図４に示した導波管３００と同様の考えを適用することができる。導波管構造アンテナ５の上壁面９と給電室２ｂの底面１１がＨ面である。導波管構造アンテナ５における対向する側壁面１０ａと１０ｃがＥ面である。先端開放部１３に対向する側壁面１０ｂは、導波管構造アンテナ５内のマイクロ波を先端開放部１３の方向へ全て反射させるための反射端である。実施の形態１における導波管構造アンテナ５は、具体的には、導波管幅（ａ）が１０６．５ｍｍである。

導波管構造アンテナ５におけるＨ面である上壁面９には、前述のように、複数のマイクロ波吸出し開口１４が形成されている。マイクロ波吸出し開口１４においては、導波管構造アンテナ５の導波管構造における伝送方向に延びる中心線Ｖである管軸（導波管のＨ面の幅方向の中心線を一般に管軸と呼ぶ）に対して線対称に２つの第１開口１４ａが配置されており、同様に２つの第２開口１４ｂが線対称に配置されている。第１開口１４ａ及び第２開口１４ｂの開口部分が管軸（中心線Ｖ）を横切らないように形成されている。このように、第１開口１４ａ及び第２開口１４ｂの開口部分が、導波管構造アンテナ５におけるＨ面の管軸（Ｖ）をまたがないように片側に偏って配置することにより、第１開口１４ａ及び第２開口１４ｂから確実に円偏波を放射することができる構成となる。第１開口１４ａ及び第２開口１４ｂの開口部分をＨ面における管軸（Ｖ）のどちらの領域に形成するかにより電界の回転方向が異なり、それによって、円偏波は右旋偏波（CW：clockwise）あるいは左旋偏波（CCW：counter clockwise）となる。第１開口１４ａ及び第２開口１４ｂから円偏波が放射されることにより、それぞれの開口部分から渦状の電界が放射されるため、均等な電界分布を形成することが可能となる。

なお、実施の形態１においては、第１開口１４ａ及び第２開口１４ｂの開口部分が、管軸（Ｖ）をまたがないように配置した例で説明したが、それぞれの開口部分の一部が管軸（Ｖ）をまたぐ構成としても、円偏波を放出することが可能なマイクロ波吸出し開口となる。ただし、この場合の円偏波は歪んだ円となって放射されるが、加熱室内の温度分布の均一化を図ることは可能である。

[円偏波放射構造]
次に、円偏波について説明する。円偏波は、移動通信及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、電界の偏波面が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る。円偏波を形成すると、電界の方向が時間に応じて変化し続けて、電界強度の大きさは変化しないという特徴を有している。この円偏波をマイクロ波加熱装置に適用すれば、従来の直線偏波によるマイクロ波加熱と比較して、被加熱物を特に円偏波の周方向に対して均一に加熱することが期待される。なお、円偏波は、前述のように、回転方向から右旋偏波と左旋偏波の２種類に分類されるが、マイクロ波加熱装置の分野においてはどちらの種類の円偏波であっても、均一な加熱分布を形成することが可能である。

円偏波はもともと通信の分野での利用が主であるため、開放空間への放射を対象としていることから、反射波が戻ってこないいわゆる進行波で論じられるのが一般的である。一方、実施の形態１の電子レンジ１において、加熱部２は、外部とは遮蔽された閉空間であるため、反射波が発生して進行波と合成されて定在波となる可能性がある。しかし、食品がマイクロ波を吸収するため、反射波が小さくなるのに加えて、マイクロ波吸出し開口１４からマイクロ波が放射される瞬間には定在波のバランスがくずれ、再び安定した定在波に戻るまでの間は進行波が発生していると考えられる。したがって、マイクロ波吸出し開口１４を円偏波が放射できる形状とすることにより、前述の円偏波の特長を利用することが可能となり、加熱室２ａ内の加熱分布をより均一化することができる。

ここで、開放空間の通信分野と閉空間の加熱の分野では、いくつか異なる点があるので説明を加える。通信分野では、他のマイクロ波との混在を避けて必要な情報のみを送受信したいため、送信側は右旋偏波か左旋偏波のどちらかに限定して送信し、受信側もそれに合わせた最適な受信アンテナを選ぶことになる。

一方、加熱の分野では、指向性を有する受信アンテナの代わりに、特に指向性のない食品などの被加熱物がマイクロ波を受けるため、マイクロ波が被加熱物全体に対して照射されることのみが重要となる。したがって、加熱の分野においては、右旋偏波でも左旋偏波でも関係はなく、開口を複数形成して右旋偏波と左旋偏波が混在する状態でも問題はない。

[導波管構造アンテナによる局所加熱]
以下、実施の形態１における導波管構造アンテナのマイクロ波吸出し開口１４に関して、食品などの被加熱物が近くにある時ほど導波管構造内のマイクロ波が吸出されて、被加熱物に対して局所加熱を行う吸出し効果について説明する。

まず、吸出し効果について説明する。マイクロ波吸出し開口１４と食品との間の距離が、マイクロ波の放射量にどれだけ関係するかについて、ＣＡＥを使って、直線偏波と円偏波とを比較した。図５Ａは直線偏波を放射するＩ字形状の開口を有する導波管４００のＨ面を示す平面図であり、図５Ｂは円偏波を放射するＸ字形状の開口を有する導波管５００のＨ面を示す平面図である。図５Ｃは導波管４００又は５００と被加熱物である食品Ｆとの位置関係を示す正面図である。

図５Ａに示すように、直線偏波を発生する開口４０１は、導波管４００において伝送方向に延びる管軸（幅方向の中心線Ｖ）を交差してその両側にわたる直線状（Ｉ形状）の開口である。図５Ｂに示すように、円偏波を発生する２つの開口５０１は、Ｘ字状の開口であり、導波管５００の管軸（Ｖ）に対して線対称に配置されている。従って、いずれの開口４０１、５０１も、それぞれの導波管４００又は５００の幅方向の中心線Ｖに対して対称な開口形状である。なお、いずれの開口４０１又は５０１もスリット幅を１０ｍｍ、スリット長さをＬｍｍとした。この構成において、食品Ｆが配置されていない場合（「食品無し」）と、図５Ｃに示すように、食品Ｆが配置された場合（「食品有り」）とについて解析した。なお、図５Ｃに示したように食品Ｆが配置された場合、食品Ｆの高さは３０ｍｍで一定とし、食品Ｆの底面の面積を２種類（１００ｍｍ角、２００ｍｍ角）、食品Ｆの材質を３種類（冷凍牛肉、冷蔵牛肉、水）、導波管４００又は５００の開口面から食品Ｆまでの距離Ｄをパラメータとして測定した。

まず、「食品無し」の場合の開口からのマイクロ波の放射量を基準とするために、「食品無し」のときの開口のスリット長さＬによる放射量の変化を図６Ａ及び図６Ｂにグラフ化して示した。図６Ａは、図５Ａの直線偏波の開口４０１による特性を表し、図６Ｂは、図５Ｂの円偏波の開口５０１による特性を表す。図６Ａ及び図６Ｂにおいて、横軸が、開口のスリット長さＬ［ｍｍ］であり、縦軸が、導波管内を伝送する電力を１．０としたときの開口４０１又は５０１から放射される放射量［Ｗ］である。

「食品有り」の場合と比較するために、図６Ａのグラフにおいてスリット長さＬが４５．５ｍｍを選択し、図６Ｂのグラフにおいてスリット長さＬが４６．５ｍｍを選択した。スリット長さＬの選択については、「食品無し」の場合に同じ量（導波管内を伝送する電力の１／１０）を放射するスリット長さＬ（グラフの縦軸が０．１となるＬ）を選んだ。

次に、スリット長さＬを選択した長さに固定して、「食品有り」の条件で解析を行って特性をまとめた結果を図７に示す。食品の種類としては、冷凍牛肉、冷蔵牛肉、水の３種類とし、食品の底面の面積は１００ｍｍ角と２００ｍｍ角の２種類で解析した。図７に示したそれぞれのグラフにおいて、横軸は、食品Ｆから開口面までの距離Ｄ［ｍｍ］であり、縦軸は、無負荷時の放射量を１．０としたときの相対的な放射量である。即ち、「食品無し」の場合と比較して、「食品有り」の場合には放射量が何倍となるかを示すものであり、食品Ｆがどれだけマイクロ波を導波管４００又は５００から吸出すかを示すものである。図７において示したそれぞれのグラフは、破線が直線偏波（Ｉ字形状の開口４０１）、実線が円偏波（２つのＸ字形状の開口５０１）を示している。開口４０１、５０１のいずれの場合でも、直線偏波より円偏波のほうが放射量が多く、特に、距離Ｄが２０ｍｍ以下の実用的な距離において、２倍程度の差があると理解できる。従って、食品Ｆの種類や食品Ｆの面積に関わらず、円偏波のほうが直線偏波よりもマイクロ波の吸出し効果が高いことが明らかである。

詳細に見ていくと、食品Ｆの種類については、特に、距離Ｄが１０ｍｍ以下では、誘電率や誘電損失が小さい冷凍牛肉の方が吸出し効果が大きく、誘電率や誘電損失が大きい水の方が吸出し効果は小さくなっている。また、冷蔵牛肉や水の場合、距離Ｄが大きい時に、特に、直線偏波では放射量が１以下にまで落ち込んでいる。これは、食品Ｆで反射されたマイクロ波が戻ってきて、相殺されることが原因と考えられる。

なお、食品Ｆの底面の面積については、１００ｍｍ角と２００ｍｍ角でマイクロ波の放射量がほとんど変わらないため、マイクロ波の吸出し効果への影響は少ないと考えられる。

円偏波を発生する開口形状としてはＸ字形状だけではない。発明者は、開口形状をいろいろと変更して、円偏波を放射できる開口の条件について検討した。その結果、円偏波を発生する好ましい条件としては、開口が導波管の幅方向の中央（中心線Ｖ）からずらして配置されること、そして開口形状が交差する長孔（スリット）の開口を含むこと、である。また、発明者の実験によれば、円偏波のマイクロ波を効率よく放射することができるのは、Ｘ字形状を有する開口であり、このＸ字形状の開口が吸出し効果も高いことがわかった。

図８Ａ及び図８Ｂは、実施の形態１の電子レンジの構成における吸出し効果の例を示す模式図である。図８Ａは食品Ｆが結合部７の直上近傍に配置された場合であり、図８Ｂは食品Ｆが加熱室２ａの中心から外れ、導波管構造アンテナ５が回動して先端開放部１３が食品Ｆの方向に配置された場合である。したがって、図８Ａ及び図８Ｂに示す状態においては、結合部７から食品Ｆまでの距離が異なっている。

図８Ａに示す状態においては、食品Ｆがマイクロ波吸出し開口１４の第１開口１４ａに近いため、第１開口１４ａにおいて吸出し効果が生じている。すなわち、結合部７から先端開放部１３へ向かうマイクロ波のうちの大部分が、食品Ｆに対して直接照射するマイクロ波として第１開口１４ａから放射され、中央領域に配置された食品Ｆに対しても均一に加熱している。

一方、図８Ｂに示す状態においては、食品Ｆがマイクロ波吸出し開口１４から離れているため、マイクロ波吸出し開口１４において吸出し効果は生じない。すなわち、結合部７から先端開放部１３へ向かうマイクロ波のうちの大部分が、導波管構造アンテナ５が回動して適切な位置に配置された先端開放部１３から食品Ｆに向かうマイクロ波が放射され、直線偏波により局所的に配置された食品Ｆに対して直接的に効率高く加熱している。

上記のように、実施の形態１におけるマイクロ波吸出し開口１４は、マイクロ波吸出し開口１４の近くに食品が配置された時のみマイクロ波の放射量が多くなり、マイクロ波吸出し開口１４から離れた位置に配置された時にはマイクロ波の放射量が少なくなるという特殊な制御機能を有する。

[導波管構造アンテナによる均一加熱]
以下、本開示に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置である電子レンジにおいて、導波管構造アンテナが加熱室内の加熱分布の均一化、特に、導波管構造アンテナにおける回転中心の直上の加熱室の中央領域に被加熱物が載置されたときに生じる、中央領域の加熱温度の低下を抑制して加熱分布の均一化を図るための効率的な構成について説明する。発明者は、各種形状の導波管構造を有する導波管構造アンテナを用いて加熱分布の実験を行い、最適な導波管構造を見出したので、その計測実験に用いた導波管構造について説明する。

図９は、発明者が実験で用いた導波管構造アンテナの導波構造部の平面形状を示す図である。図９の（ａ）〜（ｃ）において、それぞれの導波構造部には伝送方向に平行な中心線Ｖ（管軸）に対して線対称に配置された複数のマイクロ波吸出し開口が設けられている。それぞれのマイクロ波吸出し開口は、中心線に対称な２つの第１開口、及び２つの第２開口を有している。なお、図９の（ａ）〜（ｃ）に示す導波構造部において、第１開口の形状のみを変更しており、第２開口は同じ形状に形成した。図９において、符号７は結合部を示し、符号Ｇは結合部７の中心軸（回転中心）を示す。

図９の（ａ）に示す導波構造部６００は、マイクロ波吸出し開口の第１開口６１４ａ及び第２開口６１４ｂのそれぞれが、二本の同じ長さの長孔（スリット）をそれぞれの中心で直交させたＸ字形状を有している。また、それぞれの長孔の長軸が伝送方向に平行な中心線Ｖに対して４５度斜行している。

図９の（ｂ）に示す導波構造部７００において、図９の（ａ）に示した導波構造部６００との違いは、第１開口７１４ａが１つのみ形成されている。
図９の（ｃ）に示す導波構造部８００において、図９の（ａ）に示した導波構造部６００との違いは、第１開口８１４ａを構成する長孔において交差部分から結合部７の方向に延びる開口部分が閉鎖されており、それぞれの第１開口８１４ａがＴ字形状に形成されている点である。即ち、図９の（ｃ）に示す導波構造部８００においては、結合部７に近接してマイクロ波吸出し開口が形成されていない構成である。

図９に示す導波管構造を有する導波管構造アンテナの電子レンジにより被加熱物としての冷凍お好み焼きを載置台６の中心（加熱室２ａの中心）に配置して同じ加熱条件で加熱実験を行い、ＣＡＥにより検証を行った。

その結果、図９の（ａ）に示した導波構造部６００のように、結合部７の近くに大きなマイクロ波吸出し開口である第１開口６１４ａが近接し、対向して形成されている場合には、互いの開口から出力される円偏波が干渉して、結合部近傍の中央領域の加熱温度が異常に低くなることが分かった。図９の（ｂ）に示した導波構造部７００のように、結合部７の近くにおいては大きな開口である第１開口７１４ａを１つのみ形成して、マイクロ波吸出し開口を中心線Ｖ（管軸）に対して非対称に形成することにより、結合部７の直上の加熱室の中央領域における加熱温度の低下を抑制することができた。また、図９の（ｃ）に示した導波構造部８００のように、結合部７の近傍においては、対向する第１開口８１４ａにおける交差部分から結合部７の方向に延びる開口部分を無くすことにより、加熱室の中央領域における加熱温度の低下を抑制することができた。

以上のように、導波管構造アンテナにおいて、結合部近傍には大きな開口が対向しないように形成することにより、加熱室の中央領域における加熱温度の低下を抑制して、加熱室の加熱分布の均一化を図ることが可能な構成となることが理解できた。
更に、発明者は、導波管構造アンテナの導波管構造に形成すべきマイクロ波吸出し開口の形状について各種実験を行い、更なる加熱分布の均一化を図ることができる構成を見出した。
図９の（ｃ）に示した導波構造部８００の第１開口８１４ａは、交差部分から結合部７の方向に延びる開口部分のないＴ字形状を有しているため、Ｘ字形状の開口により形成される綺麗な円形状の円偏波とは異なる歪な形状の円偏波を放射する。このため、加熱室の中央領域における加熱温度の低下を抑制することは可能であるが、加熱室における加熱分布の均一化を図る点においては好ましい円偏波形状ではなかった。そこで、対向する開口部分から出力される円偏波が干渉することを抑制すると共に、可能な限り円に近い形状の円偏波とするために、後述する図１０の（ａ），（ｂ）に示すように、第１開口を構成する長孔において、交差部分から結合部７の方向に延びる開口部分を短い長さを有する構成について検討した。即ち、第１開口において、二本の長孔（スリット）における一方の長孔を短く形成して、交差部分から結合部７の方向に延びる開口のみを短くした略Ｘ字形状とした構成に対して各種実験を行った。その結果、加熱分布の均一に関して、略Ｘ字形状の開口を有する構成が、Ｔ字形状を有する開口に比べて好ましい結果が得られた。このように形成された第１開口においては、対向する開口部分から出力される円偏波の干渉を抑制することができると共に、前述の吸出し効果が高くなり、加熱室の中央領域における加熱温度の低下を抑制して、加熱分布の均一化を図ることができた。
なお、第１開口において、交差部分から結合部７の方向への延びる長さについては、対向する開口部分から放射されるマイクロ波により出力が干渉しない程度に設定され、電子レンジの仕様（出力）に応じて適宜設定される。以下、第１開口を略Ｘ字形状に形成した導波構造部について詳細に説明する。

図１０は、発明者が実験で用いた導波管構造アンテナの導波構造部の平面形状を示す図であり、導波構造部が略Ｘ字形状の第１開口を有する。
図１０の（ａ），（ｂ）に示す導波構造部９００Ａ，９００Ｂは、第１開口９１４ａを構成する長孔において交差部分から結合部７の方向に延びる開口部分が短く形成されている。即ち、第１開口９１４ａにおける結合部７の方向に延びる長孔において、交差部分から結合部７の方向に延びる開口部分の長さは、交差部分から反対方向に延びる開口部分の長さより短く形成されている。そのため、図１０の（ａ）に示す導波構造部９００Ａにおいては、その上壁面における結合部近傍が平坦に形成されている。一方、図１０の（ｂ）に示す導波構造部９００Ｂにおいては、結合部７の接合部分（フランジ７ｂの固着部分）に凹部の接合領域が形成されている。そのため、導波構造部９００Ｂの上壁面における結合部７との接合領域の面と載置台の下面との距離は、上壁面における他の部位に比べて長くなっている。

図１０に示した導波管構造を有する導波管構造アンテナの電子レンジを用いて、同様に被加熱物として冷凍お好み焼きを加熱室２ａの中心に配置して同じ加熱条件で加熱実験を行い、ＣＡＥにより検証を行った。なお、図１０の（ａ），（ｂ）に示す導波構造部において、上壁面における結合部７の接合部分の形状のみを変更しており、第１開口９１４ａ及び第２開口９１４ｂは同じ形状に形成した。図１０において、符号７は結合部を示し、符号Ｇは結合部７の回転中心を示す。

その結果、図１０の（ａ）に示した導波管構造においては、前述の図９の（ｃ）に示したように、対向する第１開口８１４ａが交差部分から結合部７の方向に延びる開口部分を無くした場合に比べて、第１開口８１４ａが略Ｘ字形状を有しているため、対向する開口部分から出力される円偏波の干渉を抑制すると共に、円形状に近い円偏波を発生することができる構成となる。このように形成された第１開口８１４ａにおいては、吸出し効果が高くなり、加熱室の中央領域に配置された食品に対しても多くのマイクロ波を放射できる構成となり、加熱室の中央領域における加熱温度の低下を抑制することができた。さらに、図１０の（ｂ）に示したように、導波構造部９００Ｂの上壁面においては、結合部７の接合部分に対応する接合領域に凹部が形成されていることにより、加熱室２ａの中央領域における加熱温度の低下をより抑制することができることが分かった。

本開示においては、発明者による上記のような各種実験からの知見に基づいて、マイクロ波加熱装置である電子レンジにおける導波管構造アンテナを構成した。以下に説明する実施の形態１の電子レンジは本開示のマイクロ波加熱装置の具体的構成を示す例示であり、本開示においてはマイクロ波加熱装置の仕様などに応じて上記の知見に基づき各種の変形例が可能である。

図１１は、実施の形態１の電子レンジにおける導波管構造アンテナの導波構造部８を示す平面図である。
実施の形態１の電子レンジにおける導波管構造アンテナの導波構造部８は、前述の図３に示したように、実施の形態１における導波管構造の導波構造部８の上壁面９には、複数のマイクロ波吸出し開口１４が形成されている。上壁面９に形成された複数のマイクロ波吸出し開口１４は、二種類の形状を有しており、大きな開口を有する第１開口１４ａと、小さな開口を有する第２開口１４ｂにより構成されている。第１開口１４ａ及び第２開口１４ｂのそれぞれの開口形状は、長孔（スリットあるいはスロット）を直交するように交差させた略Ｘ字状の形状を有する。

図１１に示すように、第１開口１４ａ及び第２開口１４ｂのそれぞれの中心点Ｐ１、Ｐ２を、上壁面９の幅方向Ｗの中心線Ｖ（導波構造部８において伝送方向Ｚに平行な中心線（管軸））からずれた位置に配置することにより、それぞれのマイクロ波吸出し開口１４は円偏波を放射することができる円偏波放射構造となる。ここで、第１開口１４ａの中心点Ｐ１、及び第２開口１４ｂの中心点Ｐ２とは、それぞれの開口形状を形成する２つの長孔における長軸の交点である。なお、実施の形態１の構成においては、マイクロ波吸出し開口１４の全ての開口部分が上壁面９の幅方向Ｗの前記中心線Ｖ（管軸）からずれた位置に配置されている。マイクロ波吸出し開口１４における各長孔の長軸方向は、上壁面９の幅方向Ｗの中心線Ｖに対して略４５℃傾斜している。

図１１に示すように、第１開口１４ａは、導波構造部８において結合部７の接合部分に対応する上壁面９における接合領域である凹部９ａに近接して形成されている。凹部９ａの凹みは第１開口１４ａから放射されるマイクロ波の放射方向の面（上面）が凹み形状を有している。２つの第１開口１４ａは、前記中心線Ｖを間にして対称的に配置されている。第１開口１４ａより小さい開口形状を有する第２開口１４ｂは、上壁面９の先端開放部１３の近傍に形成されている。２つの第２開口１４ｂは前記中心線Ｖを間にして対称的に配置されている。

第１開口１４ａの開口形状は、前述のように、長孔（スリットあるいはスロット）を直交するように交差させた略Ｘ字状の形状であるが、長孔における中心点Ｐ１は、長孔の長軸方向の長さの中央位置ではない。即ち、各長孔における中心点Ｐ１から上壁面９の幅方向Ｗの中心線Ｖに向かう方向に延びる開口形状は、中心点Ｐ１から側壁面側に延びる開口形状より短く形成されている。

前述の図３に示したように、結合部７には導波構造部８の上壁面９に接合するためのフランジ７ｂが設けられている。フランジ７ｂは、導波構造部８における伝送方向に延びる管軸（Ｖ）の方向（伝送方向）の長さが短く、幅方向Ｗの長さが長いフランジ形状を有している。即ち、結合部７は、導波管構造における伝送方向の長さが、伝送方向に直交する方向の長さより短く形成されている。このため、第１開口１４ａにおける結合部７の方向に延びる開口形状の先端を結合部７に近接して形成することが可能となる。

実施の形態１における導波構造部８においては、上壁面９に形成された凹部９ａの裏面側に結合部７のフランジ７ｂが接合される構成である。このため、凹部９ａの深さは、フランジ７ｂを上壁面９の凹部９ａに接合したときに生じる突起、例えば、ＴＯＸカシメの突き出し、溶接痕、固定用のビスやナットの頭等の高さより深くなるように設計されている。このように凹部９ａの深さを設定することにより、突起が上方に配置されている載置台６の裏面に接触する等の問題を回避することができる。

更に、実施の形態１における導波構造部８の上壁面９における結合部７の直上部分に凹部９ａ（加熱室２ａの中央領域に対応）が形成されることにより、加熱室２ａの中央領域における加熱温度の低下をさらに抑制できる構成となる。

以下、実施の形態１における第１開口１４ａの具体的な開口形状について図１１を用いて説明する。なお、説明を容易なものとするため、図１１において、中心線Ｖに対称的に上下に配置された第１開口１４ａにおいて、上側に図示した第１開口１４ａの開口形状について説明する。
まず、第１開口１４ａにおいて、中心点Ｐ１から幅方向Ｗの内側（中心線Ｖ側）に向かい上壁面９の凹部９ａの方向に延びる開口の第１長さをＡ（図１１において、中心点Ｐ１から右下側に延びる開口の長さ）、中心点Ｐ１から幅方向Ｗの内側に向かい先端開放部１３の方向に延びる開口の第２長さをＢ（図１１において、中心点Ｐ１から左下側に延びる開口の長さ）、中心点Ｐ１から幅方向Ｗの外側に向かい上壁面９の先端開放部側に延びる開口の第３長さをＣ（図１１において、中心点Ｐ１から左上側に延びる開口の長さ）、中心点Ｐ１から幅方向Ｗの外側に向かい上壁面９の後方側に延びる開口の第４長さをＤ（図１１において、中心点Ｐ１から右上側に延びる開口の長さ）とする。

図１１に示すように、第３長さＣ及び第４長さＤは同じ長さを有している。第１長さＡは第２長さＢより短く、第２長さＢは第３長さＣ及び第４長さＤより短く形成されている。即ち、第１長さＡが最も短く形成されており、第１長さＡを有する開口の先端部分が、結合部７が接合される上壁面９の凹部９ａに近接した位置となっている。従って、第１長さＡを有する開口の先端部分と、上壁面９の幅方向Ｗの中心線Ｖとの間の距離Ｘは、第２長さＢを有する開口の先端部分と、上壁面９の幅方向Ｗの中心線Ｖとの間の距離Ｙより長くなっている。即ち、中心線Ｖを挟んで対向する第１開口１４ａにおいて、結合部７が接合される上壁面９の凹部９ａ（結合部７の接合部分）に近い開口間の領域が、上壁面９の凹部９ａ（結合部７）から離れた開口間の領域に比べて、広く平板な形状に形成されている。
導波管構造の管軸（中心線Ｖ）を挟んで対向する開口において、開口間の領域が平坦でなく凸凹を有する形状である場合には、導波管構造内の電磁界が乱れて、開口から放射される円偏波のマイクロ波が乱れるという問題を有する。このため、管軸を挟んで対向する開口間の領域においては、少しでも多くの平坦な領域を確保することが好ましい。このように、開口間の領域を平坦な領域とすることにより、開口から放射されるマイクロ波が乱れの少ない綺麗な円偏波となり、前述の吸出し効果も高くなる。従って、図１１に示した導波構造部８の中心線Ｖを挟んで対向する第１開口１４ａにおいては、結合部７の接合部分に近い開口間の領域が、広く平板な形状に形成されているため、それぞれの第１開口１４ａから好ましい円偏波が放射されると共に、吸出し効果も高くなり、加熱室の中央領域に食品が配置された場合でも、第１開口１４ａからの放射を増やすことが可能な構成となる。

実施の形態１における導波管構造アンテナの導波構造部８においては、管軸（Ｖ）を間にして対向する２つの第１開口１４ａ，１４ａの開口形状において、結合部７に近い対向する開口間の距離（Ｘ＋Ｘ）が、結合軸７ａから遠い、即ち先端開放部１３に近い対向する開口間の距離（Ｙ＋Ｙ）より長く形成されている。実施の形態１における導波構造部８においては、２つの長孔が交差する第１開口１４ａにおいて、交差する位置から結合部７に近づく方向に延びる開口の長さ（Ａ）が、交差する位置から結合部７に近づく方向以外の方向に延びる開口の長さ（Ｂ，Ｃ，Ｄ）に比べて短く形成されている。

なお、第２開口１４ｂに関しては、二本の同じ長さを有する長孔をそれぞれの中心で直交させたＸ字形状を有しており、それぞれの長孔の長軸が伝送方向の中心線Ｖに対して４５度斜行している。実施の形態１においては、第２開口１４ｂを構成するそれぞれの長孔の長軸の長さは、第３長さＣ及び第４長さＤとほぼ同じ長さに設定されており、導波構造部８を伝送するマイクロ波の略１／４波長に設定されている。

また、実施の形態１における導波管構造アンテナのマイクロ波吸出し開口１４においては、電界の集中を緩和し、異常な放電の発生を防止するために、曲面構造を有している。

実施の形態１における導波管構造アンテナの導波構造部８においては、管軸（中心線Ｖ）を間にして対向する第１開口１４ａの開口形状において、先端開放部１３に近い対向する開口間の距離Ｌ１（Ｙ＋Ｙ）（以下、「開口間の距離Ｌ１」という）を確保することによって、上述したように、開口間に平坦な領域が形成される。開口間の平坦な領域は、管軸Ｖに沿って結合部７から先端開放部１３へ向かって延びており、マイクロ波の通り道となる。開口間の平坦な領域においては、開口間の距離Ｌ１（開口間の平坦な領域の幅）が大きすぎると、加熱室２ａの中心部分における加熱が抑制されるため、被加熱物の加熱の均一化を阻害する。一方、開口間の距離Ｌ１が小さすぎると、局所加熱をする場合、被加熱物を狙って加熱する加熱性能（加熱の指向性）が低下する。そこで、発明者は、加熱分布を均一にすることができると共に、局所加熱する場合に加熱の指向性を高めることができる開口間の距離Ｌ１を調べるため、各種加熱実験（実験１〜３）を行い、ＣＡＥにより検証を行った。

実験１においては、開口間の距離Ｌ１をパラメータとし、被加熱物としての冷凍お好み焼きを載置台６の中心（加熱室２ａの中心）に配置して加熱実験を行った。実験１では、加熱分布の均一化に効果のある開口間の領域の距離Ｌ１を調べた。実験１では、お好み焼きの中心温度に着目して、加熱分布の均一化の評価を行った。

実験２においては、開口間の距離Ｌ１をパラメータとし、被加熱物としての２品の冷凍シュウマイを、間隔を有して載置台６上に配置して加熱実験を行った。実験２においては、２品の冷凍シュウマイは、給電室２ｂの前後方向に延びる中心線Ｊ（図２参照）に対して軸対照に左右に載置台６上に配置されており、２品の冷凍シュウマイの間には、載置台６の幅の約１／４の間隔が設けられている。２品の冷凍シュウマイとは、３個×３個の計９個の冷凍シュウマイを載せた小皿（直径約１５０ｍｍ以下）を２つ用意したものである。図１２は、実験２における２品の冷凍シュウマイの庫内１／４配置を示す図である。図１２に示すように、小皿の中心を庫内の壁から１／４の位置に配置して（即ち、図１２中の庫内を幅方向に４等分する３本の一点鎖線のうち、左側の線上に一方の小皿Ｋ１を配置し、右側の線上に他方の小皿Ｋ２を配置して）評価を行う。このような配置にした場合、一般の電子レンジでは、庫内の幅が４００ｍｍ程度であるので、２つの小皿の間に隙間が形成される。また、実験２においては、導波構造部８における先端開放部１３は、載置台６の左側に載置された冷凍シュウマイへ向けて固定されている。そのため、実験２においては、左側の小皿（冷凍シュウマイ）Ｋ１を狙って加熱（局所加熱）する状態となっている。実験２では、２食品の被加熱物を、間隔を開けて載置台６上に配置した状態で、被加熱物を狙って加熱する加熱性能（加熱の指向性）に効果のある開口間の距離Ｌ１を調べた。実験２では、左側の冷凍シュウマイＫ１の上昇温度に対する右側の冷凍シュウマイＫ２の上昇温度の比である左右比を算出することにより加熱の指向性の評価を行った。左右比は、値が大きいほど被加熱物を狙って加熱できていること（加熱の指向性が高いこと）を示している。上昇温度とは、加熱される前の冷凍シュウマイの初期温度と、加熱された後の冷凍シュウマイの温度との差をいう。

実験３においては、開口間の距離Ｌ１をパラメータとし、被加熱物としての２品の冷凍シュウマイを、間隔を設けずに載置台６上に配置して加熱実験を行った。実験３においては、２品の冷凍シュウマイは、加熱室２ａの内側（中央側）に寄せた状態（内寄せ状態）で、中心線Ｊに対して軸対照に左右に配置されている。図１３は、実験３における２品の冷凍シュウマイの内寄せ配置を示す図である。図１３に示すように、実験３では、冷凍シュウマイを載せた小皿Ｋ１と小皿Ｋ２とを接触させて配置するので、一方の小皿Ｋ１と他方の小皿Ｋ２との間に隙間がない。また、実験３においても、導波構造部８における先端開放部１３は、載置台６の左側の小皿（冷凍シュウマイ）Ｋ１へ向けて固定されている。そのため、左側の冷凍シュウマイＫ１が局所加熱される状態となる。実験３では、２食品の被加熱物を、加熱室２ａの内側に寄せて載置台６上に配置した状態（内寄せ状態）で、加熱の指向性に効果のある開口間の距離Ｌ１を調べた。実験３においても、左側の冷凍シュウマイＫ１の上昇温度に対する右側の冷凍シュウマイＫ２の上昇温度の比である左右比を算出することにより加熱の指向性の評価を行った。なお、内寄せ状態とは、使用者が電子レンジを使用する際に載置台６上に載せる被加熱物の実際の位置に近い状態である。

なお、実験２及び３で算出された左右比については、混同しないように、以下、実験２で算出された左右比を１／４左右比と称し、実験３で算出された左右比を内寄せ左右比と称して説明する。

実験１〜３においては、開口間の領域の距離Ｌ１は、パラメータとして１２ｍｍ（条件１）、１５ｍｍ（条件２）、１８ｍｍ（条件３）を設定した。条件１〜３におけるマイクロ波吸出し開口１４ａの寸法関係について、図１４及び表１を用いて詳細に説明する。図１４は、導波構造部８におけるマイクロ波吸出し開口１４ａの寸法関係を説明する図である。表１は、図１４に示す符号に対応する条件１〜３におけるマイクロ波吸出し開口１４ａの各寸法を示している。

図１４及び表１に示すように、条件１〜３においては、マイクロ波吸出し開口１４ａの第２長さＢを短くすることにより、開口間の距離Ｌ１を長くしている。具体的には、条件１〜３においては、第２長さを２５．５ｍｍ、２３．５ｍｍ、２１．５ｍｍと短くすることにより、開口間の距離Ｌ１を１２ｍｍ、１５ｍｍ、１８ｍｍに設定している。

図１５は、管軸を挟んで対向するマイクロ波吸出し開口間の距離をパラメータとし、加熱実験を行った実験１〜３の結果を示す図である。図１５の右縦軸は、実験１で測定されたお好み焼きの中心温度を示す。図１５の左縦軸は、実験２及び３で計算された左右比を示す。

実験１の結果について説明する。
図１５に示すように、実験１の結果においては、条件１〜３（開口間の距離Ｌ１が１２〜１８ｍｍ）において、お好み焼きの中心温度が８０〜９２℃程度になっている。導波管構造アンテナ５における回転中心の直上の加熱室２ａの中央領域（お好み焼きの中心部分）は、加熱が抑制されやすい部分であるが、実験１の結果からお好み焼きの中心部分が十分に加熱されていることがわかる。したがって、実験１の結果から、開口間の距離Ｌ１が１２〜１８ｍｍの範囲において、お好み焼きを均一に加熱できていることがわかる。なお、特許文献２に記載の電子レンジで実験１と同じ加熱条件で、被加熱物としてのお好み焼きの加熱実験を行ったところ、お好み焼きの中心温度は、７４℃であった。このことからも実施の形態１の電子レンジは、開口間の距離Ｌ１が１２〜１８ｍｍの範囲において、従来の電子レンジに比べて、加熱分布を均一化することができることがわかる。

実験２及び３の結果について説明する。
図１５に示すように、実験２においては、条件１〜３（開口間の距離Ｌ１が１２〜１８ｍｍ）における１／４左右比が２．９〜４であった。また、実験３においては、開口間の距離Ｌ１が１２〜１８ｍｍにおける内寄せ左右比が４．４〜５．３であった。なお、特許文献２に記載の電子レンジで実験２及び実験３と同じ加熱条件で、被加熱物として２品の冷凍シュウマイを用いて加熱実験を行ったところ、１／４左右比及び内寄せ左右比は、それぞれ２．３、３．２であった。したがって、実験２及び３の結果から、開口間の距離Ｌ１が１２〜１８ｍｍの範囲において、従来の電子レンジよりも１／４左右比及び内寄せ左右比が大きくなり、被加熱物を狙って加熱できていること（加熱の指向性が高いこと）がわかる。また、被加熱物を狙って加熱する理想の加熱状態は、被加熱物の配置に関わらずに被加熱物を集中して加熱できる状態、例えば、電子レンジ内に２品だけでなく３品の被加熱物が配置された場合においても被加熱物を狙って加熱できる状態が好ましい。そこで、発明者らが鋭意研究したところ、１／４左右比が３．５以上のときに理想の加熱状態（被加熱物を３品配置した場合においても効率良く狙って加熱できる状態）にできることを見出した。したがって、実施の形態１における開口間の距離Ｌ１は、１／４左右比が３．５以上となる１５〜１８ｍｍの範囲に設定されることが好ましい。

以上のことから、実施の形態１においては、開口間の距離Ｌ１を１５〜１８ｍｍの範囲に設定することにより、加熱分布の均一化を図り、かつ局所加熱する場合に加熱の指向性を効率良く高めることができる。なお、実施の形態１では、マイクロ波吸出し開口１４ａについて、具体的な寸法を示して説明したが、これに限定されない。開口間の距離Ｌ１は、装置の大きさに応じて変更してもよい。その場合、開口間の距離Ｌ１は、導波構造部８内のマイクロ波を伝送する空間を画定する側壁面１０ａと１０ｃとの間の距離（導波構造部８の幅寸法）Ｌ２に対して、約１／７〜１／４の長さとなるように設定される。また、この開口間の距離Ｌ１は、結合軸７ａの軸径とほぼ等しい長さである。

条件１〜３おける開口間の距離Ｌ１は、第１開口１４ａの第２長さＢを短くすることにより任意の長さに設定しているが、これに限定されない。例えば、第１開口１４ａの第２長さＢを短くしなくても、第１開口１４ａを形成する２つの長孔（スリット）の交差する角度を変更することにより、開口間の距離Ｌ１を任意の長さに設定してもよい。図１６Ａ及び図１６Ｂは、実施の形態１の電子レンジにおける導波管構造アンテナの導波構造部の変形例を示す平面図である。図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、第１開口１４ｃ、１４ｄを形成する２つの長孔（スリット）をそれぞれの中心で直交させずに、交差する角度を変更することによって、開口間の距離Ｌ１を任意の長さに設定してもよい。

実施の形態１の電子レンジにおける導波管構造アンテナにおいては、結合部７と導波構造部８との接合を管軸方向（伝送方向）が短く、幅方向が長いフランジ７ｂを用いた例で説明したが、本開示はこの構成に限定されるものではなく、マイクロ波加熱装置の仕様などに応じて変更可能である。例えば、結合部７のフランジ部分における伝送方向の長さを極端に短くし、幅方向のフランジ部分のみで導波構造部に接合（カシメ、スポット溶接）する構成とすれば、接合箇所を少なくすることが可能であり、マイクロ波吸出し開口１４の開口形状を結合部７に対してより近接して形成することが可能となる。

また、結合部７のフランジ部分とマイクロ波吸出し開口１４とのオーバーラップを避けるため、フランジ部分に開口回避部分（スリット）を形成して、フランジ部分を特殊な形状とすることも可能である。このような特殊な形状のフランジ部分を用いて導波構造部に接合することにより、フランジ部分の接合面積を小さくすることなく、結合部７と導波構造部８との接合状態をより強固なものとすることが可能となり、製品のばらつきを抑えることができる。

なお、結合部７の結合軸７ａを円柱形状でなく、その断面をＤ形状、楕円形状、Ｉ形状、または丸棒形状に形成して、フランジ部分の形状を変更してマイクロ波吸出し開口１４の開口形状を結合軸７ａに対してより近接して形成することも可能である。また、各種断面形状を有する結合軸７ａを直接的に導波構造部８に接合してもよい。このように構成することにより、フランジ部分を設けない構成とすることが可能となり、マイクロ波吸出し開口１４の形成スペースをさらに確保することができる構成となる。

上記のように構成された本開示に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置である電子レンジにおいては、加熱室内における被加熱物に対する局所的な加熱が可能な構成であるとともに、加熱室内の加熱分布の均一化を図ることが可能な構成となる。本開示に係る実施の形態１の電子レンジにおいては、特に、導波管構造アンテナにおける回転中心の直上の加熱室の中央領域においても効率高く加熱することができるとともに、この中央領域の加熱温度の不均一を抑制することができる構成となる。

なお、実施の形態１においては、マイクロ波吸出し開口が、主として２つの長孔が交差する略Ｘ字状を有しており、被加熱物が円偏波のマイクロ波を吸い出す場合について説明したが、本開示のマイクロ波加熱装置としては、このような場合に限定されるものではない。マイクロ波吸出し開口の形状としては、略Ｘ字状以外であってもよく、円偏波を発生させることができる形状であればよい。また、マイクロ波吸出し開口を構成する長孔（あるいはスリット）としては、長方形に限定されるものではない。例えば、開口形状のコーナー部分を湾曲させるとか、楕円形状にするなどの場合であっても、円偏波を発生することが可能である。基本的な円偏波開口の考え方としては、管軸の一方に偏って配置された概ね細長い形状のものを２つ組み合わせればよいと推察される。
また、円偏波開口形状としては、電界の集中を抑制するために、曲線で構成することが好ましく、実施の形態１の電子レンジにおける第１開口１４ａ及び第２開口１４ｂにおいては全てのコーナー部分を曲線で構成している。

以上のように、本開示のマイクロ波加熱装置においては、加熱室内の被加熱物に対して導波管構造アンテナを用いることにより局所的な加熱を行うことができると共に、加熱室のいずれの領域に載置された被加熱物に対して均一的な加熱を行うことも可能であり、加熱性能の大幅な向上を図ることができる。このため、本開示は、被加熱物に対する加熱加工及び殺菌処理などを行うマイクロ波加熱装置として用いる場合においても有効に利用することができる。

本開示は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した特許請求の範囲による本開示の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

本開示は、被加熱物としての食品にマイクロ波を放射して誘電加熱する加熱調理器、特にオーブン、グリル、過熱スチーム等のその他の加熱と併用する加熱調理器の他に、乾燥装置、陶芸用加熱装置、生ゴミ処理機、或いは半導体製造装置等の各種工業用途におけるマイクロ波加熱装置において有用である。

１ 電子レンジ
２ 加熱部
２ａ 加熱室
２ｂ 給電室
２ｃ 側壁面
３ マグネトロン（マイクロ波発生部）
４ 導波管（伝送部）
５ 導波管構造アンテナ
６ 載置台
７ 結合部
８ 導波構造部
９ 上壁面
１２ 低インピーダンス部
１３ 先端開放部
１４ マイクロ波吸出し開口
１４ａ 第１開口
１４ｂ 第２開口
１５ モータ（回転駆動部）
１６ 赤外線センサ（状態検出部）
１７ 制御部

Claims (4)

1. 被加熱物を収納する加熱部と、
   マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、
   前記マイクロ波発生部が発生させたマイクロ波を伝送する伝送部と、
   マイクロ波が伝送する空間を有する導波管構造を有し、前記伝送部のマイクロ波を前記加熱部に放射する導波管構造アンテナと、
   前記導波管構造アンテナを回転させる回転駆動部と、を備え、
   前記導波管構造アンテナは、前記伝送部のマイクロ波を前記導波管構造の空間に導き、前記回転駆動部により回転可能な結合部と、前記結合部に接合され、前記導波管構造の空間を規定する導波構造部と、を有し、
   前記導波構造部は、前記結合部から前記導波管構造の空間を伝送したマイクロ波を放射する先端開放部と、前記導波管構造の空間内のマイクロ波を円偏波に形成して放射する複数のマイクロ波吸出し開口と、を有し、
   複数の前記マイクロ波吸出し開口は、前記導波管構造における伝送方向に延びる管軸を挟んで対向するように配置され、
   前記導波構造部は、前記管軸を挟んで対向する２つの前記マイクロ波吸出し開口の間に平坦な領域を有する、マイクロ波加熱装置。
2. 前記マイクロ波吸出し開口は、少なくとも２つの長孔が交差する開口を含む形状を有し、
   前記管軸を挟んで対向する２つの前記マイクロ波吸出し前記管軸を挟んで対向する２つの前記マイクロ波吸出し開口の開口形状において、前記結合部に近い対向する開口間の距離が前記結合部から遠い対向する開口間の距離より長く形成された、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
3. 前記結合部は、前記回転駆動部に接続されて回転し、前記導波管構造における伝送方向に交差する回転軸を有する結合軸と、前記結合軸の周りに形成され、前記導波構造部に接合するための接合部分を形成するフランジと、を有し、
   前記マイクロ波吸出し開口は、前記フランジにおいて短く形成された接合部分の縁に近接して形成された、請求項１または２に記載のマイクロ波加熱装置。
4. 前記管軸を挟んで対向する２つの前記マイクロ波吸出し開口の開口間の距離は、前記導波構造部の幅の約１／７〜１／４である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱装置。

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