JP2018032470A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、コンパクトで、効率の高い表面波伝播を行うことができる構成を提供し、より少ない消費電力で被加熱物に対して所望の焦げ目を付けることができる高周波加熱装置を提供すること。【解決手段】本発明の高周波加熱装置は、形状の異なる複数の第１のスタブにより構成された第１のスタブ周期構造を有し、マイクロ波発生部から空間伝播するマイクロ波を変換スタブ周期構造で表面波が伝播するように変換する表面波変換部と、表面波変換部において変換された表面波が実質的に同じ形状を持つ複数の第２のスタブを所定間隔を有して並設した伝送スタブ周期構造を伝播し、第１のスタブ周期構造に連続して配設された伝送スタブ周期構造を有する表面波伝送部と、表面波伝送部の変換スタブ周期構造に近接して配置された被加熱物載置部を有する加熱室と、を備えている。【選択図】図２

Description

マイクロ波を用いた高周波加熱装置に関し、特に表面波を用いて加熱処理を行う高周波加熱装置に関する。

マイクロ波を用いて被加熱物を加熱処理する装置としては、所謂、電子レンジがある。電子レンジにおいては、被加熱物を短時間で均一に加熱することができるという大きな利点を有する一方、被加熱物に焦げ目を付けることができないという欠点を有している。このため、焦げ目を付ける必要のある被加熱物に対しては、例えば、ガス、ヒータなどの火力を用いて被加熱物を直接的に加熱して焦げ目を付ける加熱調理が行われている。

マイクロ波を用いて被加熱物に対して焦げ目を付ける加熱装置としては、表面波加熱を用いた構成が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。表面波加熱は、マイクロ波の表面波モード伝播を利用するものであり、表面波伝送線路の近傍に集中するマイクロ波エネルギーにより被加熱物に焦げ目を付ける加熱方式である。表面波伝送線路を表面波モードで伝播するマイクロ波エネルギーは、当該表面波伝送線路から離れるに従って指数関数的に減衰するため、被加熱物は表面波伝送線路の近傍に配置する必要がある。

特開昭４９−１６９４４号公報 特開平５−６６０１９号公報 特開平８−２１０６５３号公報

表面波加熱を行う高周波加熱装置は、マイクロ波発生手段において発生されたマイクロ波を導波管を介して表面波伝送線路に送り、表面波伝送線路の近傍にマイクロ波エネルギーを集中させる構成である。このため、導波管から空間伝播するマイクロ波を表面波伝送線路において、表面波伝播へ効率高く変換して、表面波伝送線路の近傍に配置された被加熱物に所望の焦げ目を付けることが望まれている。

本発明は、従来の表面波加熱を行う高周波加熱装置においては考慮されていなかったマイクロ波の空間伝播から表面波伝播への効率の高い変換を行うことができる構成を提供し、より少ない消費電力で被加熱物に対して所望の焦げ目を付けることができる高周波加熱装置の提供を目的とする。

本発明に係る一態様の高周波加熱装置は、
マイクロ波を発生するマイクロ波発生部、
段階的に構成が異なる周期構造を形成する複数の第１のスタブで構成された第１のスタブ周期構造を有し、前記マイクロ波発生部から空間伝播するマイクロ波を前記第１のスタブ周期構造を伝播する表面波に変換する表面波変換部、
前記第１のスタブ周期構造に連続して配設された第２のスタブ周期構造を有し、前記第２のスタブ周期構造は実質的に同じ形状を有する複数の第２のスタブが所定間隔を有して並設して構成され、前記表面波変換部で変換された表面波を前記第２のスタブ周期構造を伝播させる表面波伝送部、および
前記第２のスタブ周期構造に近接して配置される被加熱物載置部を有する加熱室、を備えている。

本発明によれば、効率の高い表面波への変換を行って、少ない消費電力で被加熱物に対して所望の焦げ目を付けることが可能な高周波加熱装置を提供することができる。さらに本発明によれば、マイクロ波の空間伝播から表面波伝播への変換部分を極力小型化し、高周波加熱装置の小型化や装置の設置面積を極力変えずに加熱領域の最大化を図ることができる。

本発明に係る実施の形態１の高周波加熱装置の全体構成を模式的に示す図 実施の形態１の高周波加熱装置における表面波変換部および表面波伝送部の構成を示す斜視図 実施の形態１の高周波加熱装置における表面波変換部に関するシミュレーション結果を示す図 実施の形態１の高周波加熱装置における表面波伝送部における電流流路および電界分布について説明する図 実施の形態１の高周波加熱装置における表面波変換部および表面波伝送部における電流流路および電界分布を示す図 実施の形態１の高周波加熱装置における別の構成例を示す斜視図 本発明に係る実施の形態２の高周波加熱装置における表面波変換部および表面波伝送部のスタブ周期構造の変形例を示す斜視図 実施の形態２の高周波加熱装置における表面波変換部および表面波伝送部のスタブ周期構造の別の変形例を示す斜視図 実施の形態２の高周波加熱装置における表面波変換部および表面波伝送部のスタブ周期構造の更に別の変形例を示す斜視図

本発明に係る第１の態様の高周波加熱装置は、
マイクロ波を発生するマイクロ波発生部、
段階的に構成が異なる周期構造を形成する複数の第１のスタブで構成された第１のスタブ周期構造を有し、前記マイクロ波発生部から空間伝播するマイクロ波を前記第１のスタブ周期構造を伝播する表面波に変換する表面波変換部、
前記第１のスタブ周期構造に連続して配設された第２のスタブ周期構造を有し、前記第２のスタブ周期構造は実質的に同じ形状を有する複数の第２のスタブが所定間隔を有して並設して構成され、前記表面波変換部で変換された表面波を前記第２のスタブ周期構造を伝播させる表面波伝送部、および
前記第２のスタブ周期構造に近接して配置される加熱室、を備えている。
このように構成された第１の態様の高周波加熱装置は、効率の高い表面波伝播を行って、少ない消費電力で被加熱物に対して所望の焦げ目を付けることができる。

本発明に係る第２の態様の高周波加熱装置は、前記の第１の態様の前記表面波変換部の前記第１のスタブ周期構造が異なる形状の前記第１のスタブで構成され、前記第１のスタブが、前記第２のスタブの高さとなるまで、表面波の伝播方向に沿って徐々に高くなるよう並設されてもよい。

本発明に係る第３の態様の高周波加熱装置は、前記の第１または第２の態様の前記第１のスタブにおける表面波の伝播方向に直交する幅が、前記第２のスタブの幅となるまで、徐々に幅広となるように構成されてもよい。

本発明に係る第４の態様の高周波加熱装置は、前記の第１から第３の態様のいずれかの態様において、並設された前記複数の第１のスタブにおける表面波の伝播方向に隣接する前記第１のスタブの間隔が、徐々に長くなるように構成されてもよい。

本発明に係る第５の態様の高周波加熱装置は、前記の第１から第４の態様のいずれかの態様において、前記第１のスタブにおける表面波の伝播方向の厚みが、徐々に厚くなるように構成されてもよい。

本発明に係る第６の態様の高周波加熱装置は、前記の第１から第５の態様のいずれかの態様において、前記複数の第１のスタブにおける前記マイクロ波発生部に最も近い始端となる第１のスタブの高さが、前記第２のスタブの高さの少なくとも１／２以下であってもよい。

本発明に係る第７の態様の高周波加熱装置は、前記の第１から第６の態様のいずれかの態様の前記複数の第１のスタブにおいて、前記マイクロ波発生部から最も近い始端となる第１のスタブから、前記マイクロ波発生部から最も遠い終端となる第１のスタブまでの表面波の伝播方向の距離が、前記マイクロ波発生部からのマイクロ波の波長の１／４以上であってもよい。

本発明に係る第８の態様の高周波加熱装置は、前記の第１から第７の態様のいずれかの態様の前記複数の第１のスタブにおいて、前記マイクロ波発生部から最も近い始端となる第１のスタブ先端から、前記マイクロ波発生部から最も遠い終端となる第１のスタブ先端までの経路により形成される電流の流路の長さが、前記マイクロ波発生部からのマイクロ波の波長の１／２となってもよい。

本発明に係る第９の態様の高周波加熱装置は、前記の第１から第８の態様のいずれかの態様における前記第１のスタブおよび前記第２のスタブが、表面波の伝播方向に直交する長手方向に延びる辺を有する複数の板状部材により構成され、当該板状部材が前記加熱室に向かって突設して並設されてもよい。

本発明に係る第１０の態様の高周波加熱装置は、前記の第１から第８の態様のいずれかの態様の前記第１のスタブおよび前記第２のスタブが、前記加熱室に向かって突設した複数の棒状部材により構成され、当該棒状部材が表面波の伝播方向に並設され、且つ当該伝播方向に直交する方向に並設されてもよい。

本発明に係る第１１の態様の高周波加熱装置は、前記の第１から第１０の態様のいずれかの態様の前記第２のスタブの高さが、２７ｍｍ以下であってもよい。

以下、本発明の高周波加熱装置に係る一態様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、同じ要素には同じ符号を付して、説明が重複する場合にはその説明を省略する場合がある。また、図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示している。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の高周波加熱装置の一例を示すものであり、例えば実施の形態において示される数値、形状、構成、ステップ、およびステップの順序などは例示であり、本発明を限定するものではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。全ての実施の形態において、各々の変形例における構成も同様であり、各変形例に記載した構成をそれぞれ組み合わせて構成することも可能であり、それぞれの構成の効果を奏するものである。

[実施の形態１]
図１は、本発明に係る実施の形態１の高周波加熱装置の全体構成を模式的に示す図である。図１において、加熱室１の内部は被加熱物７が載置可能に構成されており、加熱室１の前面開口部分に開閉自在な扉（図示省略）が設けられて、被加熱物７を収容可能に構成されている。実施の形態１の高周波加熱装置の構成においては、加熱室１の底面にマイクロ波を低損失で透過させる材料、例えばガラス、樹脂などで構成された被加熱物載置部である載置板９が収容可能に設けられている。なお、図１に示す構成においては、被加熱物７を保持するための陶器などの載置皿８が載置板９の上に置かれている構成である。本実施の形態１においては、被加熱物７の載置のために載置皿８と載置板９を設けているが、これらを使用せずに被加熱物７を直接載置してもよい。

図１に示すように、実施の形態１の高周波加熱装置においては、加熱室１の底面側に設けた開口部に面して表面波加熱手段が設けられている。表面波加熱手段は、被加熱物７の加熱処理に適した所望の周波数のマイクロ波を発生するマイクロ波発生部２と、マイクロ波発生部２から導波管４の内部を空間伝播するマイクロ波を加熱室１の直下において表面波伝播するように効率高く変換する表面波変換部５と、表面波変換部５において変換された表面波を加熱室１の直下において伝播させるスタブ周期構造を有する表面波伝送部６と、を備えている。

マイクロ波発生部２は被加熱物７に対する加熱処理に適した周波数のマイクロ波を発生する高周波発振器である。マイクロ波発生部２としては、マグネトロンおよびインバータ電源回路により構成してもよく、若しくは固体発振器と電力増幅器により構成してもよい。

マイクロ波発生部２の出力端３（アンテナ）は、導波管４の内部に導出するよう形成されており、マイクロ波発生部２の出力端３から放射されたマイクロ波が、導波管４の内部を空間伝播して表面波変換部５に送られる。実施の形態１における導波管４は、断面形状が方形（例えば、横長の長方形）の金属製の中空導波管である。

導波管４は、マイクロ波発生部２からのマイクロ波を表面波変換部５に供給する。表面波変換部５においては、次段である表面波伝送部６でマイクロ波が表面波伝播するように、導波管４から空間伝播するマイクロ波を表面波伝播へ変換させている。

図２は、実施の形態１の高周波加熱装置における表面波変換部５および表面波伝送部６の構成を示す斜視図である。図２に示すように、表面波変換部５および表面波伝送部６は、導電体で構成されており、金属平板上に複数の板状部材である金属平板を所定間隔を有して連続的に並設されて構成されたスタブ周期構造である。

本発明において、表面波変換部５を構成する第１のスタブを変換スタブ１０と称し、表面波伝送部６を構成する第２のスタブを伝送スタブ１１と称することとする。また、表面波変換部５において、複数の変換スタブ１０（第１のスタブ）を所定間隔を有して並設して構成した周期構造を第１のスタブ周期構造と称する。また、表面波伝送部６において、複数の伝送スタブ１１（第２のスタブ）を所定間隔を有して並設して構成した周期構造を第２のスタブ周期構造と称することとする。

表面波変換部５は、鉛直方向の突出高さが異なる複数の板状部材である変換スタブ１０が所定間隔を有して並設されたスタブ周期構造であり、変換スタブ１０の突出高さ（ｈ）は、マイクロ波発生部２から導波管４を通って伝送したマイクロ波の伝送方向（図２における右から左への方向）に沿って、段階的に構成が異なっており、即ち徐々に高さのみが高くなっている。本実施の形態１の構成においては、変換スタブ１０が同じ比率で徐々に高さが高くなる構成である。表面波変換部５においてマイクロ波発生部２から最も遠い側の変換スタブ１０、即ち、マイクロ波の伝送方向における終端側にある終端変換スタブ１０ｚの突出高さ（ｈｚ）は、表面波伝送部６における伝送スタブ１１の突出高さ（Ｈ）と同じである。

表面波伝送部６は、表面波加熱手段の底面である金属板上に複数の金属平板である伝送スタブ１１を加熱室１の方向に突出（鉛直上方に突設）するように並設されている。表面波伝送部６を構成する複数の伝送スタブ１１は、同じ形状、構成であり、同じ突出高さ（ｈｚ=Ｈ）を有している。このため、複数の伝送スタブ１１の突出端部側は同一平面に位置する構成で、加熱室１の底面となる被加熱物載置部に対向し、近接して配設されている。

なお、実施の形態１においては、表面波変換部５の変換スタブ１０および表面波伝送部６の伝送スタブ１１は、マイクロ波の伝送方向、即ち、表面波の伝播方向に直交する長手方向の長さである幅（Ｗ）は同じである。

次に、表面波変換部５においてマイクロ波発生部２に最も近い側の変換スタブ１０（以下、「始端変換スタブ１０ａ」と称する）の突出高さ（ｈａ）の好ましい範囲についてシミュレーションにて検討した結果を説明する。図３の表右欄グラフは、そのシミュレーションの算出結果を示す図である。

表左欄はシミュレーションモデルの断面図を示し、表面波変換部までは導波管で囲われ、表面波伝送部は上側面が開放になっている。導波管部分の左端面より空間伝播でマイクロ波を給電し、表面波伝播で表面波線路終端にまで伝送した比率をＳ２１（透過）として求めた。表面波変換部などで反射し、導波管左端面に戻った比率をＳ１１（反射）として求めた。

図３の（ａ）は、始端変換スタブ１０ａの突出高さ（ｈａ）が１ｍｍであり、終端変換スタブ１０ｚの突出高さ（ｈｚ）が、伝送スタブ１１の突出高さと同じ２６ｍｍの場合である。図３の（ａ）におけるグラフは、算出されたＳパラメータの周波数特性であり、横軸が周波数［ＧＨｚ］を示し、縦軸がＳパラメータの値［ｄＢ］を示している。図３の（ａ）のグラフにおいて、実線がＳパラメータのＳ１１（反射）を示し、破線がＳパラメータのＳ２１（透過）を示している。

図３の（ｂ）は、始端変換スタブ１０ａの突出高さ（ｈａ）が１１ｍｍであり、終端変換スタブ１０ｚの突出高さ（ｈｚ）は２６ｍｍである。図３の（ｂ）におけるグラフも、図３の（ａ）と同様に、算出されたＳパラメータの周波数特性であり、実線がＳパラメータのＳ１１（反射）を示し、破線がＳパラメータのＳ２１（透過）を示している。

また、図３の（ｃ）は、始端変換スタブ１０ａの突出高さ（ｈａ）が１６ｍｍであり、終端変換スタブ１０ｚの突出高さ（ｈｚ）は２６ｍｍである。図３の（ｃ）におけるグラフも、図３の（ａ）と同様に、算出されたＳパラメータの周波数特性であり、実線がＳパラメータのＳ１１（反射）を示し、破線がＳパラメータのＳ２１（透過）を示している。

表面波線路の伝送性能（Ｓ２１）には周波数特性があり、ある周波数以上になると放射が急激に増えて、伝送線路として働かなくなる。この上限目安として、Ｓ２１がピークから５ｄＢ低下する周波数までを表面波使用範囲とする。なお、上限目安の周波数はスタブの高さ（Ｈ）などを設計することにより調整できる。

図３（ａ）〜（ｃ）を比較すると明白なように、始端変換スタブ１０ａの突出高さ（ｈａ）が高くなると、Ｓ１１（反射）が大きくなる。Ｓ１１（反射）が大きくなると変換効率が低下するので、−１０ｄＢまでを目処とする。

図３の（ａ）のグラフ（ｈａ＝１ｍｍ）に示すように、実施の形態１の高周波加熱装置において、表面波使用範囲内にて、Ｓ１１（反射）が−１０ｄＢを下回る周波数帯が存在する。図３の（ｂ）のグラフ（ｈａ＝１１ｍｍ）においても、表面波使用範囲内にて、Ｓ１１（反射）が−１０ｄＢを下回る周波数帯が存在する。同様に、図３の（ｃ）のグラフ（ｈａ＝１６ｍｍ）においても、表面波使用範囲内にて、Ｓ１１（反射）が−１０ｄＢを下回る周波数帯が僅かに存在する。

図３の（ｃ）に示すように、表面波変換部５における始端変換スタブ１０ａの突出高さ（ｈａ）としては、伝送スタブ１１の突出高さ（Ｈ）に対して６０％の高さが、表面波変換部５の変換効率を高く維持できる使用可能限界となる。従って、第１のスタブである変換スタブ１０におけるマイクロ波発生部２に最も近い始端変換スタブ１０ａの高さ（ｈａ）が、第２のスタブである伝送スタブ１１の高さ（Ｈ）の少なくとも１／２以下であれば、表面波変換部５における効率の高い変換機能を維持することができる。

さらに表面波変換部５の始端変換スタブ１０aの高さ（ｈａ）を伝送スタブ１１の高さ（Ｈ）の１／２に近い寸法とすることで、表面波変換部５を構成する変換スタブ１０の数を減らすことが出来、表面波変換部５の区間を短くすることが出来る。

上記のように、始端変換スタブ１０ａを途中の高さ（ｈａ）から始めた複数の変換スタブ１０が所定間隔を有して並設された第１のスタブ周期構造とし、表面波変換部５が短くなる構成としても、効率高く表面波に変換でき、表面波変換部５の第１のスタブ周期構造に連続して設けられた第２のスタブ周期構造の表面波伝送部６に伝送される。この結果、表面波伝送部６のスタブ先端に対して近接して被加熱部７が配置されることにより、被加熱物７は集中的に加熱され、被加熱物７に焦げ目を付けることが可能となる。

本実施の形態１の構成において、表面波伝送部６のスタブ先端と、被加熱物７底面までの鉛直方向の距離としては、数ｍｍの範囲が好ましい。スタブ周期構造のスタブ先端と被加熱物載置部の下面との間の隙間（空気層）は、１ｍｍ程度の距離になる。

図４は、表面波伝送部６の第２のスタブ周期構造における電流流路および電界分布について説明する模式図である。図４に示すように、第２のスタブ周期構造に電流流路が形成され、電流流路の始端と終端となるスタブ先端付近で電位が逆転して、電位が異なるスタブ先端間に電界が分布する。第２のスタブ周期構造に形成される電流流路の長さは、マイクロ波の波長（λ）の１／２となる。このため、表面波伝送部６における第２のスタブである伝送スタブ１１の高さは、λ／４以下となる。

図５は、表面波変換部５の第１のスタブ周期構造から連続する表面波伝送部６の第２のスタブ周期構造における電流流路および電界分布を示す図である。図５を用いて、表面波変換部５における、マイクロ波の伝送方向（図５における左から右方向）の長さ（Ｌ）を最小にする場合について説明する。

前述のように、表面波変換部５は底面となる金属板上に高さが異なる複数の金属平板である複数の変換スタブ１０が所定間隔を有して並設されている。本実施の形態１においては、複数の変換スタブ１０が一定の割合で段階的に構成が異なっており、即ち表面波の伝播方向に沿って徐々に高さが高くなるよう構成されているため、変換スタブ１０の突出端である先端をつなぐ線は、表面波変換部５の底面に対して斜行している。

以下、図５に示す表面波変換部５において、マイクロ波発生部２に最も近い側の始端変換スタブ１０ａと、マイクロ波発生部２から最も遠い側の終端変換スタブ１０ｚと、の間の距離Ｌを最短距離とする場合について説明する。前述のように表面波伝送部６では、スタブ先端間で電流流路が形成されて表面波を伝播するが、表面波変換部５においても同様にスタブ先端間で電流流路が形成される。

距離Ｌを最短距離とする場合の電流流路は、始端変換スタブ１０ａの突出端近傍と終端変換スタブ１０ｚの突出端近傍との間に形成され、この電流流路の長さは、マイクロ波の波長（λ）の１／２となる。このため、始端変換スタブ１０ａの高さ（ｈａ）が略０ｍｍに近い場合には、距離Ｌは、λ／２から終端変換スタブ１０ｚの高さ（ｈｚ=λ／４）を減算した長さが少なくとも必要となる。一方、始端変換スタブ１０ａがある程度の高さ（ｈａ）を有する場合には、距離Ｌをλ／２から終端変換スタブ１０ｚの高さ（ｈｚ=λ／４）を減算した長さからさらに始端変換スタブ１０ａの高さ（ｈａ）の分だけ短くすることが可能となる。

このように表面波変換部５の始端変換スタブ１０ａから終端変換スタブ１０ｚ間の距離Ｌをλ／２から終端変換スタブ１０ｚの高さ（ｈｚ＝λ／４）を減算した長さとすることで、表面波変換部５の区間長さを最短化しつつ表面波への変換効率を高く維持することができる。

なお、上記の実施の形態１においては、表面波変換部５の変換スタブ１０（第１のスタブ）および表面波伝送部６の伝送スタブ１１（第２のスタブ）を複数の板状部材（平板）で構成したスタブ周期構造で説明したが、複数の棒状部材（丸柱または角柱）を金属平板上に平行に突設して構成されたスタブ周期構造でも同様の効果を奏する。図６は、表面波変換部５の変換スタブ１０および表面波伝送部６の伝送スタブ１１を複数の角柱である棒状部材で構成したスタブ周期構造を示す斜視図である。なお、このように棒状部材のスタブでスタブ周期構造を構成する場合、１枚の平板で構成していたスタブ部分が複数の棒状部材を所定間隔を有して一列に並設して構成される。以下で説明する実施の形態においても、板状部材のスタブ周期構造は、棒状部材のスタブ周期構造で構成することが可能であり、同様の効果を奏する。この場合、棒状部材は表面波の伝播方向に並設されており、且つ当該伝播方向に直交する方向にも並設して構成してもよい。

[実施の形態２]
以下、実施の形態２の高周波加熱装置について、実施の形態１との相違点を中心に説明する。実施の形態１の高周波加熱装置は、表面波変換部５の変換スタブ１０が鉛直方向の突出高さが異なる構成であり、表面波の伝播方向に沿って徐々に高くなる構成である。実施の形態２の高周波加熱装置の構成においては、スタブ周期構造におけるスタブの変形例を示すものであり、スタブの形状および構成において実施の形態１の構成と異なっている。なお、実施の形態２の説明において、前述の実施の形態１と同じ機能、構成を有するものには同じ参照符号を付し、その説明を省略する。また、前述の実施の形態１と同じ作用を有する内容についても、説明を省略する。

図７は、実施の形態２の高周波加熱装置における表面波変換部５および表面波伝送部６のスタブ周期構造の変形例を示す斜視図である。図７に示す第１のスタブ周期構造においては、表面波変換部５の変換スタブ１０の幅ｗが、スタブ周期構造における表面波の伝播方向（図７における右から左への方向）に沿って、徐々に広くなっている。このように第１のスタブ周期構造において、幅が最も狭い始端変換スタブ１０ａが導波管４におけるマイクロ波の伝送方向の中心軸（Ｃ）上に配設されている。変換スタブ１０は同じ比率で徐々に幅広となっており、始端変換スタブ１０ａの幅ｗが最も狭く、終端変換スタブ１０ｚの幅ｗが表面波伝送部６の伝送スタブ１１と同じ幅Ｗとなる。このように構成されたスタブ周期構造においても、実施の形態１の構成における効果と同等な効果を奏するものとなる。

図８は、表面波変換部５および表面波伝送部６のスタブ周期構造の別の変形例を示す斜視図である。図８に示す第１のスタブ周期構造においては、表面波変換部５の隣接する変換スタブ１０間の隙間ｐが、スタブ周期構造における表面波の伝播方向（図８における右から左への方向）に沿って、同じ比率で徐々に狭くなっている。このように構成された第１のスタブ周期構造において、隙間が最も広い変換スタブ間は、始端変換スタブ１０ａとその始端変換スタブ１０ａに隣接する次の変換スタブ１０との間である。そして、変換スタブ間の隙間ｐは、徐々に狭くなり、最終的には表面波伝送部６のスタブ間の隙間の長さとなる。このように構成されたスタブ周期構造においても、実施の形態１の構成における効果と同等な効果を奏するものとなる。

図９は、表面波変換部５および表面波伝送部６のスタブ周期構造の更に別の変形例を示す斜視図である。図９に示す第１のスタブ周期構造においては、表面波変換部５の変換スタブ１０の厚みｔが、マイクロ波の伝送方向（図９における右から左への方向）に沿って、同じ比率で徐々に厚くなっている。このように構成された第１のスタブ周期構造において、厚みｔが最も薄い変換スタブ１０が、始端変換スタブ１０ａとなる。そして、変換スタブ１０の厚みｔが徐々に厚くなり、最終的には表面波伝送部６の伝送スタブ１１の厚みと同じとなる。このように構成されたスタブ周期構造においても、実施の形態１の構成における効果と同等な効果を奏するものとなる。

前述の実施の形態１において図２および図６に示した構成、また実施の形態２において図７、図８および図９に示した構成は、それぞれを互いに組み合わせて構成することが可能であり、それぞれを組み合わせることにより、更なる効果を奏するものとなる。

また、実施の形態の構成においては、表面波伝送部６のスタブ周期構造と、加熱室１の底面となる載置板９との間の隙間を空気層として説明したが、この隙間は空気層でなく、隣接する領域と異なる誘電率を有して境界面を持つ誘電体で構成されたものでも本発明の構成としては適用可能である。

上記のように構成された本発明に係る実施の形態の高周波加熱装置においては、表面波伝送部のスタブ周期構造で効率の高い表面波伝播を行って、スタブ先端に電力が集中され、少ない消費電力で被加熱物を加熱処理し、被加熱物に対して所望の焦げ目を確実に付けることが可能となる。

さらに、本発明に係る実施の形態の高周波加熱装置においては、表面波変換部の変換効率を高く維持しつつ最小化することが出来、高周波加熱装置の小型化や高周波加熱装置の設置面積に対する加熱使用面積の最大化を実現することができる。

本発明をある程度の詳細さをもって各実施の形態において説明したが、これらの実施の形態の開示内容は構成の細部において変化してしかるべきものであり、各実施の形態における要素の組合せや順序の変化は請求された本発明の範囲及び思想を逸脱することなく実現し得るものである。

本発明の高周波加熱装置は、効率の高い表面波伝播を行って、少ない消費電力で被加熱物に対して所望の焦げ目を付けることが可能となり、機器の小型化、加熱エリアの最大化が出来、調理器具として汎用性の高い装置となる。

１ 加熱室
２ マイクロ波発生部
３ 出力部
４ 導波管
５ 表面波変換部
６ 表面波伝送部
７ 被加熱物
８ 載置皿
９ 載置板
１０ 変換スタブ（第１のスタブ）
１１ 伝送スタブ（第２のスタブ）

Claims (11)

1. マイクロ波を発生するマイクロ波発生部、
   段階的に構成が異なる周期構造を形成する複数の第１のスタブで構成された第１のスタブ周期構造を有し、前記マイクロ波発生部から空間伝播するマイクロ波を前記第１のスタブ周期構造を伝播する表面波に変換する表面波変換部、
   前記第１のスタブ周期構造に連続して配設された第２のスタブ周期構造を有し、前記第２のスタブ周期構造は、実質的に同じ形状を有する複数の第２のスタブが所定間隔を有して並設して構成され、前記表面波変換部で変換された表面波を前記第２のスタブ周期構造を伝播させる表面波伝送部、および
   前記第２のスタブ周期構造に近接して配置される加熱室、を備えた高周波加熱装置。
2. 前記表面波変換部の前記第１のスタブ周期構造が異なる形状の前記第１のスタブで構成され、前記第１のスタブが、前記第２のスタブの高さとなるまで、表面波の伝播方向に沿って徐々に高くなるよう並設された請求項１に記載の高周波加熱装置。
3. 前記第１のスタブにおける表面波の伝播方向に直交する幅が、前記第２のスタブの幅となるまで、徐々に幅広となるように構成された請求項１または２に記載の高周波加熱装置。
4. 並設された前記複数の第１のスタブにおける表面波の伝播方向に隣接する第１のスタブの間隔が、徐々に長くなるように構成された請求項１から３のいずれか一項に記載の高周波加熱装置。
5. 前記第１のスタブにおける表面波の伝播方向の厚みが、徐々に厚くなるように構成された請求項１から４のいずれか一項に記載の高周波加熱装置。
6. 前記複数の第１のスタブにおける前記マイクロ波発生部に最も近い始端となる第１のスタブの高さが、前記第２のスタブの高さの少なくとも１／２以下である請求項１から５のいずれか一項に記載の高周波加熱装置。
7. 前記複数の第１のスタブにおいて、前記マイクロ波発生部から最も近い始端となる第１のスタブから、前記マイクロ波発生部から最も遠い終端となる第１のスタブまでの表面波の伝播方向の距離が、前記マイクロ波発生部からのマイクロ波の波長の１／４以上である請求項１から６のいずれか一項に記載の高周波加熱装置。
8. 前記複数の第１のスタブにおいて、前記マイクロ波発生部から最も近い始端となる第１のスタブ先端から、前記マイクロ波発生部から最も遠い終端となる第１のスタブ先端までの経路により形成される電流の流路の長さが、前記マイクロ波発生部からのマイクロ波の波長の１／２となる請求項１から７のいずれか一項に記載の高周波加熱装置。
9. 前記第１のスタブおよび前記第２のスタブは、表面波の伝播方向に直交する長手方向に延びる辺を有する複数の板状部材により構成され、当該板状部材が前記加熱室に向かって突設して並設された請求項１から８のいずれか一項に記載の高周波加熱装置。
10. 前記第１のスタブおよび前記第２のスタブは、前記加熱室に向かって突設した複数の棒状部材により構成され、当該棒状部材が表面波の伝播方向に並設され、且つ当該伝播方向に直交する方向に並設された請求項１から８のいずれか一項に記載の高周波加熱装置。
11. 前記第２のスタブの高さは、２７ｍｍ以下である請求項１から１０のいずれか一項に記載の高周波加熱装置。

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