JP3671630B2 - Microwave cavity - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波エネルギを用いて被加熱物を誘電加熱する高周波加熱装置に適用されるマイクロ波キャビティに関するものであり、特に被加熱物の加熱の均一化を促進するマイクロ波キャビティに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種のマイクロ波キャビティにおいて、キャビティ内に収納された被加熱物の加熱の均一化を図る手段としては、電波攪拌方式、被加熱物回転方式、複数給電方式あるいは凹凸形状壁面キャビティなどがある。
【0003】
電波攪拌方式は、マイクロ波キャビティ内に設けた金属性の板状羽根を回転駆動させる構成からなる。この方式は、キャビティを形成する金属境界面や被加熱物の表面で反射を繰り返しながら伝搬しているマイクロ波が金属性の板状羽根によっても反射する。この金属性の板状羽根からのマイクロ波の反射は、板状羽根が無い場合と比べて、キャビティ内でのマイクロ波の伝搬経路を増加させるものであり、被加熱物全体にマイクロ波を乱反射させて被加熱物の加熱の均一化を促進させるものである。
【0004】
被加熱物回転方式は、被加熱物を載置する載置皿を回転駆動させる構成からなる。この方式では、キャビティ構造および被加熱物の種類や形状等により決定されたマイクロ波キャビティ内に生じるマイクロ波の伝搬分布に対して、被加熱物の方を移動させ被加熱物全体にマイクロ波を伝搬させ被加熱物の加熱の均一化を促進させるものである。
【0005】
複数給電方式は、マイクロ波キャビティを形成する金属境界面の複数の個所からキャビティ内にマイクロ波を給電する構成からなる。この方式は、単一の給電と比べて最も大きな特徴は、位相の異なった複数のマイクロ波がキャビティ内に給電されることである。キャビティ内に位相の異なるマイクロ波を伝搬させることにより、上記電波攪拌方式と同様にキャビティ内にマイクロ波の乱反射状態を生じさせるものである。
【0006】
凹凸形状壁面キャビティ構造方式は、マイクロ波キャビティを形成する金属境界面に凹凸を設けた構成からなる。この方式は、凹凸を有する金属境界面によってマイクロ波を乱反射させるものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電波攪拌方式のマイクロ波キャビティは、金属性板状羽根によって反射されるマイクロ波をキャビティ内に均一に乱反射させることに物理的限界がある。これは、マイクロ波の伝搬速度に対して、金属性板状羽根の回転速度があまりに遅いことによるものであり、金属性板状羽根の回転速度を制御したとしても被加熱物全体に均一にマイクロ波を伝搬させることは非常に難しい。従って、被加熱物の種類や量によっては、不測の不均一な加熱分布が生じることを抑制することが難しい課題を有していた。
【0008】
また、被加熱物回転方式は、被加熱物の種類や量によってマイクロ波キャビティ内に生じる電磁場分布は自ずと決まってしまうため、一つの被加熱物に対応して生じた電磁場分布がその被加熱物を均一に加熱することに対して不適であってもその電磁波分布を変更することができない課題を有していた。
【0009】
複数給電方式は、理想的な挙動としては前述したとおりであるが、一つの給電部から放射されるマイクロ波の挙動が他の給電部から放射されたマイクロ波からの影響を受ける。このため、給電部が複数個あっても、その複数の給電構成によって決定される特定のマイクロ波伝搬がマイクロ波キャビティ内に生じるので、被加熱物の種類や量によっては、不測の不均一な加熱分布が生じることを抑制することが難しい課題を有していた。
【0010】
さらに、凹凸形状壁面のキャビティ構造は被加熱物の加熱の均一化を促進できうる乱反射をキャビティ内に生じさせるには、壁面全体にいわゆるゴルフボールのディンプルのような凹凸を配するとともにそのディンプルの深さ寸法あるいは突出寸法を使用するマイクロ波の波長に対して無視できない寸法、例えば1/10波長寸法以上、にすることが必要である。この結果、マイクロ波キャビティの構成が複雑となり実用性に難しい構成を強いられる課題を有していた。
【0011】
本発明は高周波加熱装置に適用されるマイクロ波キャビティにおいて、マイクロ波空間に生じる電磁波分布を可変制御し、被加熱物の加熱の均一化を促進するマイクロ波キャビティを提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明のマイクロ波キャビティは上記課題を解決するために、給電されたマイクロ波を実質的に閉じ込める略直方六面体からなるマイクロ波空間と、前記直方六面体の少なくとも一面に設けた開孔部と、前記開孔部から前記マイクロ波空間の外側に延在する終端が閉じられた溝部と、前記溝部内に固定配設した誘電体材料からなるインピーダンス変換部とを備えている。
【0013】
【発明の実施の形態】
また本発明は請求項およびのマイクロ波キャビティは、給電されたマイクロ波を実質的に閉じ込める略直方六面体からなるマイクロ波空間と、前記直方六面体の少なくとも一面に設けた開孔部と、前記開孔部から前記マイクロ波空間の外側に延在する終端が閉じられた溝部と、前記溝部内に固定配誘電体材料からなるインピーダンス変換部とを備えている。そして開孔部は、直方六面体を構成する金属壁面に生じる高周波電流の流れを分断するように配設されている。
【0014】
そして、溝部はマイクロ波を実質的に閉じ込める構成とし、溝部を介して高周波電流が流れることを可能にしている。溝部には開孔部からマイクロ波が入射しその内部を伝搬し、溝部の終端で反射して開孔部より再びマイクロ波空間に伝搬する。溝部に設けたインピーダンス変換部は、開孔部に規定のインピーダンスを生じさせ、開孔部に入射したマイクロ波の溝部内への伝搬を規定する。そして、開孔部に入射したマイクロ波の反射特性を開孔部以外に入射して生じるマイクロ波の反射特性と変えている。このインピーダンス変換部を設けることにより、インピーダンス変換部を可動させることなく、マイクロ波空間内にマイクロ波の多重伝搬あるいはさまざまな電磁場分布を生じさせることができる。
【0015】
さらに本発明は請求項のマイクロ波キャビティは、被加熱物が収納されるとともに給電されたマイクロ波を実質的に閉じ込めるマイクロ波空間と、前記マイクロ波空間を形成するとともにマイクロ波の給電部を有する第一の壁面と、前記マイクロ波空間を形成するとともに前記第一の壁面を含まない第二の壁面と、前記第二の壁面においてその壁面の略中央部を通って配設された開孔部と、前記開孔部から前記マイクロ波空間の外側に延在する終端が閉じられた溝部と、前記溝部内に固定配誘電体材料からなるインピーダンス変換部とを備えている。
【0016】
そして、給電部を有する第一の壁面は開孔部が配設されていないので、給電部から放射されるマイクロ波はその放射特性に乱れを生じることなくマイクロ波空間に放射される。マイクロ波空間に放射されたマイクロ波は、上述したインピーダンス変換部を設けることによる作用により、インピーダンス変換部を可動させることなく、マイクロ波空間内にマイクロ波の多重伝搬あるいはさまざまな電磁場分布を生じさせて、被加熱物全体の加熱の均一化を促進させることができる。
【0017】
また本発明は請求項のマイクロ波キャビティは、溝部の終端までの深さは、マイクロ波空間に給電されるマイクロ波の波長の1/4波長より大きい寸法構成とし、インピーダンス変換部の開孔部からの配設位置は、マイクロ波空間に給電されるマイクロ波の波長の1/4波長未満の寸法構成としている。
【0018】
そして、インピーダンス変換部の可変制御に伴いマイクロ波空間内へのマイクロ波給電特性が変化する。インピーダンス変換部を上記の位置に配設することでマイクロ波空間へのマイクロ波の給電特性の変化を抑制し、給電効率を高く維持させることができる。
【0019】
また本発明は請求項のマイクロ波キャビティは、第二の壁面は、複数の壁面とし、それぞれの壁面に配設した開孔部の配設方向を異ならした構成としている。
【0020】
そして、複数の壁面から反射するマイクロ波の多重伝搬により、被加熱物をより効果的に均一に加熱させることができる。
【0021】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【0022】
(実施例1)
図1は本発明の実施例1を示すマイクロ波キャビティを備えた高周波加熱装置の構成図、図2は図1の要部断面構成図である。
【0023】
図1および図2において、マイクロ波キャビティ10は金属材料から構成された金属境界部である右側壁面11、左側壁面12、奥壁面13、上部壁面14、底部壁面15及び前面壁面16とにより略直方体形状に構成され、給電されたマイクロ波をその内部に実質的に閉じ込めるマイクロ波空間17を形成している。18は左側壁面12に形成した開孔部であり、左側壁面12の上下方向の略中央部に配設し略矩形の孔形状としている。左側壁面12のマイクロ波空間17の外側には、開孔部18を覆って金属材料からなる溝板19(インピーダンス変換手段の一構成要素)が組み立てられている。この溝板19により、所定の溝深さ寸法L1とともに開孔部18の開孔寸法L2とほぼ同等の間隙寸法L3を有する溝部20が形成されている。開孔部18は溝部20の一端に配置され、溝部の終端21は溝板19により閉じられている。また、溝部20内にはインピーダンス変換部22(インピーダンス変換手段の一構成要素)が設けられている。このインピーダンス変換部22は金属材料で構成され、溝板19の内壁と左側壁面12との間をしゅう動する波板形状のしゅう動寸法L4を有する構造体としている。23はインピーダンス変換部22をしゅう動させるしゅう動軸であり、溝部の終端21を貫通して溝部20の外に延在している。このしゅう動軸23は、一端がインピーダンス変換部22に固定され、他端にはしゅう動軸を図2中の24で示す方向に可動させる可動手段(図示していない)が設けられている。
【0024】
インピーダンス変換部22の可動範囲は、開孔部からの最小寸法がL5であり、最大寸法が(L1−L4)としている。
【0025】
右側壁面11は、マイクロ波空間17にマイクロ波を給電する給電部25が設けられ、この給電部25は右側壁面11の開孔とその開孔を閉塞する低誘電損失材料からなる薄板にて構成されている。底部壁面15の略中央には被加熱物を載置するとともに回転駆動される載置皿26が設けられている。
【0026】
27は被加熱物をマイクロ波空間17に出し入れするための開閉扉である。開閉扉27の中央にはマイクロ波空間17の内部を透視できるようにメッシュ状の金属板からなる前面壁面16が設けられ、この前面壁面16のマイクロ波空間17側から耐熱性ガラス板28が前面壁面16に併設されている。29は開閉扉27の開閉を支持するヒンジ部、30は開閉扉27が閉成状態であることを検知するための扉ラッチスイッチ部である。また、31は被加熱物のマイクロ波加熱条件を入力する操作部である。
【0027】
また、左側壁面12でのマイクロ波の代表的な動作として図2中に、左側壁面12を流れようとする高周波電流32、金属面に入射するマイクロ波33とその反射波34、開孔部18に入射するマイクロ波35とその反射波36および透過波37を示している。
【0028】
次に以上の構成からなる本発明のマイクロ波キャビティを備えた高周波加熱装置の動作と作用について説明する。
【0029】
載置皿26の上に被加熱物を置き開閉扉27を閉じた後、その被加熱物に対応する加熱条件を操作部31から入力することで本装置が動作を開始する。この動作開始に伴ってマイクロ波発生手段(図示していない)が発生するマイクロ波は給電部25からマイクロ波空間17内に放射される。マイクロ波空間17内を伝搬するマイクロ波は、マイクロ波空間17を形成する各壁面にて反射を繰り返し、マイクロ波空間内に電磁場分布を形成する。この間において、被加熱物に入射したマイクロ波は被加熱物を誘電加熱する。
【0030】
マイクロ波空間17を形成する各壁面には、上述の電磁場分布に対応した高周波電流が流れる。開孔部18の存在により、左側壁面12を流れる高周波電流32は分断され、溝部20内に伝搬するマイクロ波37を生じる。
【0031】
この溝部20内を伝搬したマイクロ波37は、インピーダンス変換部22により反射して開孔部18を経て再びマイクロ波空間17内を伝搬する。この溝部20内から反射して開孔部18に伝搬するマイクロ波の伝搬作用によって、開孔部18には特定のインピーダンスが生じる。この開孔部18に生じるインピーダンス値としては理想的にはすべての値を形成させることができるが、これに対する制限については後述する。
【0032】
このような開孔部18のインピーダンスはインピーダンス変換部22をしゅう動させることにより変化させることができる。開孔部18は高周波電流32の流れを分断するように設けられているが、開孔部18のインピーダンスを零にすると、高周波電流32の流れは分断されない。一方、開孔部18のインピーダンスを無限大すると高周波電流32は全く流れなくなる。また、開孔部18に入射するマイクロ波の入射波35と反射波36との位相差は、開孔部18のインピーダンスが零の場合180度であり、開孔部18のインピーダンスが無限大の場合0度となる。開孔部18以外の壁面に入射するマイクロ波の入射波33と反射波34との位相差は180度であるので、開孔部のインピーダンスを変えることで金属壁面からの反射では得られることができない位相差を有するマイクロ波をマイクロ波空間17内に伝搬させることができる。また、マイクロ波空間17に生じる電磁場分布を変化させることもできる。このようにマイクロ波空間17内にマイクロ波を多重伝搬させ、さまざまな電磁波分布を形成させることができ、被加熱物全体の加熱の均一化を促進させることができる。
【0033】
(実施例2)
図3は本発明の実施例2を示すマイクロ波キャビティの要部構成図である。図3において、図2と相違する点はインピーダンス変換部38の構成である。
【0034】
このインピーダンス変換部38は、開孔部18からの距離寸法L6の位置に配設されている。またインピーダンス変換部38は、溝部39内を回転可能な形状とし、溝部の高さ寸法L7よりも小さい幅寸法からなる金属板あるいは伝搬するマイクロ波の周波数帯おける実効比誘電率が略50以上の値を示す誘電体材料からなる板でもって構成している。
【0035】
実施例2を実現する具体的な構成寸法としては、たとえば、溝部39の終端40の開孔部18からの深さ寸法L8は溝部39を伝搬するマイクロ波の波長の1/4より大きい寸法である40mm、金属板からなるインピーダンス変換部38の回転中心までの距離寸法L6は溝部39を伝搬するマイクロ波の波長の略1/4波長である30mm、溝部39の高さ寸法L7は15mm、インピーダンス変換部38の幅寸法は12mm、その厚み寸法は3mmとする。このような構成寸法によれば高周波加熱装置へのコンパクトな実装が図れる。
【0036】
このような回転駆動されるインピーダンス変換部38にあっては、その回転位置を図3の実線38aで示す位置にすることで、伝搬してきたマイクロ波のほとんどをインピーダンス変換部38が反射させる。一方図3の破線38bで示す位置にすることでマイクロ波を溝部39の終端40まで伝搬させその終端40にてマイクロ波を反射させる。このようなインピーダンス変換部38の回転駆動に伴う溝部39内でのマイクロ波伝搬を変えることで開孔部18に生じさせるインピーダンスを変えている。
【0037】
また、回転駆動するインピーダンス変換部38の構成によれば、連続的に回転させても開孔部18に生じさせることができるインピーダンスの変化は周期的であり、変化させるインピーダンス値を所定の値に限定させることができる。この効果により、マイクロ波空間においてマイクロ波の多重伝搬あるいは電磁場分布の限定を図ることができ、被加熱物の加熱の均一化に対応させた多重伝搬あるいは電磁場分布の発生を制御することができる。
【0038】
なお、インピーダンス変換部38を誘電体材料で構成する場合、インピーダンス変換部38の層面でマイクロ波は反射と透過を生じる。実効比誘電率が略50以上の材料を用いることで、入射波に対する反射波の保有するエネルギを50%以上にできる。これにより、開孔部18でのインピーダンス形成に有用な反射を誘電体材料からなるインピーダンス変換部から反射させることができる。
【0039】
(実施例3)
図4は本発明の実施例3を示すマイクロ波キャビティの要部構成図である。図4において、以上の実施例と異なる点は、インピーダンス変換部41を誘電体材料で構成し、溝部42の所定位置L9に固定配設した構成である。
【0040】
このインピーダンス変換部41を構成する誘電体材料の実効比誘電率は、溝部42を伝搬するマイクロ波の周波数帯において、略4以上7以下の値としている。このようなインピーダンス変換部41を用いることで、溝部42内を伝搬してきたマイクロ波43は、インピーダンス変換部41の層面で反射波44と透過波に別れる。透過波のうちインピーダンス変換部41を透過した透過波45は溝部42の終端46まで伝搬し、終端46にて反射した反射波47は再びインピーダンス変換部41に入射する。反射波47のうちでインピーダンス変換部41を透過したマイクロ波48と反射波44は開孔部18側に伝搬する。開孔部18側に反射してきたマイクロ波は開孔部18のインピーダンス値を決定する。
【0041】
なお、上述のインピーダンス変換部41でのマイクロ波の反射と透過の振る舞いは、インピーダンス変換部41の内部でも生じ、開孔部18側へ反射するマイクロ波は上述した以外にも存在することを断っておく。
【0042】
このような誘電体材料から構成したインピーダンス変換部41の作用により、溝部42の内部にマイクロ波の多重伝搬を発生させることができる。この多重伝搬の発生により、インピーダンス変換部を可動させることなくマイクロ波空間内にマイクロ波の多重伝搬あるいはさまざまな電磁場分布を生じさせることができる。
【0043】
(実施例4)
図5は本発明の実施例4を示すマイクロ波キャビティの構成図である。図5において、右側壁面49、左側壁面50、底部壁面51、奥側壁面52および上部壁面53がマイクロ波空間54を形成する金属壁面である。
【0044】
右側壁面49(第一の壁面)には給電部55が設けられ、マイクロ波空間54の外側に給電するマイクロ波を伝送する導波管56が配設されている。57は導波管56の一端に設けた結合孔でありこの結合孔57にマイクロ波発生手段(図示していない)の出力アンテナが挿入装着される。
【0045】
一方、第一の壁面である右側壁面49に対向する第二の壁面である左側壁面50および他の第二の壁面である奥側壁面52にはそれぞれの壁面の略中央部を通ってそれぞれ略矩形の孔形状からなる開孔部58、59が形成されている。また、開孔部58、59のマイクロ波空間54の外側には、それぞれ所定の溝部60、61を形成する溝板62、63が配設されている。さらに、溝部60、61の内部には、上記した実施例3に示したインピーダンス変換部64、65を配設している。また、開孔部58、59はお互いの配設方向を異ならし、開孔部58は水平方向に、開孔部59は垂直方向に形成している。66は被加熱物が載置される載置皿を回転駆動する駆動軸である。
【0046】
そして、給電部55を有する右側壁面49と対向する左側壁面50に開孔部58を配置した構成により、被加熱物を給電部と開孔部との間に存在させることができ、直接入射するマイクロ波と開孔部を有する壁面から多重反射するマイクロ波とを被加熱物に入射させることで被加熱物の加熱の均一化を促進させることができる。
【0047】
また複数の壁面に開孔部の配設方向を異ならして配設することにより、さまざまな高周波電流の流れに対していずれかの開孔部がその高周波電流を分断することを可能にしている。そして、複数の壁面から反射するマイクロ波の多重伝搬により、被加熱物をより効果的に均一に加熱させることができる。
【0048】
以上に本発明の実施例の説明をしたが、以下ではインピーダンス変換部の作用について実施例1に示したインピーダンス変換部を用い、図6から図10を用いてより詳細に説明する。
【0049】
図6は本発明のインピーダンス変換部のマイクロ波的な作用を説明するために使用するマイクロ波キャビティの構成図である。
【0050】
図6において、67はマイクロ波キャビティであり、68はマイクロ波キャビティ67に給電するマイクロ波を伝送する導波管、69はマイクロ波キャビティ67を形成し給電部が設けられた壁面70に対向する壁面71に設けた溝部である。導波管68には、マイクロ波発生手段であるマグネトロンを装着する結合孔72を備える。また、マイクロ波キャビティ67を形成する金属壁面73には、図示したように3行3列の配列にてマイクロ波センサを9個配設している。このマイクロ波センサはマイクロ波キャビティ67内に生じる電磁場分布と結合してマイクロ波センサを配設した近傍の電磁場分布の強さに比例した物理量を検出するものである。
【0051】
マイクロ波キャビティ67は、幅寸法W、奥行き寸法Dおよび高さ寸法をそれぞれ190mm、158mmおよび100mmとしている。溝部69は金属壁面71の略中央部を通る開孔部74(開孔寸法5mm)からの深さLの位置を金属板75で閉じた構成としている。なお、金属板75は溝部69内をしゅう動可能に構成した。
【0052】
溝部69の深さLを0mmとした状態で、このマイクロ波キャビティ67内に生じる電磁場分布は幅方向、奥行き方向および高さ方向にそれぞれ生じる定在波の山の数が2、2、0であることを確認した。従って、図示したように配設した開孔部74は、上記定在波の発生に対して高周波電流を分断するように配設されている。
【0053】
そして溝部69の深さLを変化させて、マイクロ波キャビティ67内に生じるマイクロ波の挙動を9個のマイクロ波センサの検出信号を基にして分析した。なお、マイクロ波センサのセンサ出力信号はマイクロ波電力であるが、以下の説明では検波ダイオードを介して信号変換処理をした直流電圧値を用いることにする。また、マイクロ波センサ信号を区別するためにその配設位置に図示したような番号を付与している。
【0054】
図7および図8は溝部の深さがマイクロ波発生手段の負荷特性に与える影響を示す特性図である。図7はマイクロ波発生手段とマイクロ波キャビティ67との負荷整合をしない状態での特性例であり、図8はこの負荷整合を図った時の特性例である。
【0055】
図7に示すように、溝部の深さLを変化させることでマイクロ波発生手段の負荷特性はスミスチャート図において円状の特性を示す。溝部の深さLの変化に対してマイクロ波発生手段の負荷特性は周期的に変化している。このことから、マイクロ波空間67に給電したマイクロ波が開孔部74を経て溝部69の内部に伝搬していることが認められる。
【0056】
また、溝部69の深さLがマイクロ波の伝搬波長の略1/4波長(約32.5mm)の前後では深さLの変化に対して負荷特性が大きく変わっている。これは、開孔部74に生じるインピーダンスが大きく変わることによるものである。さらに溝部69がマイクロ波キャビティとマイクロ波発生手段とのインピーダンス整合状態を調整するインピーダンス整合手段と同様の働きをしていることが認められる。
【0057】
また負荷を含むマイクロ波キャビティ67に対して、マイクロ波発生手段との負荷整合を実現するために導波管68内にインピーダンス整合用部材(図示していない)を配設した時の特性例を図8に示す。なお、負荷整合は溝部69の深さLが0mmにおいて実施した。導波管68内にインピーダンス整合手段を設けることにより、マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波をマイクロ波キャビティ67内に給電できる割合である給電効率は、図7の特性に比べて大きく改善されているが、深さLが25mm前後ではほぼ同等の給電効率である。また、このような負荷特性を示すマイクロ波キャビティを高周波加熱装置に適用した場合、深さLを可変することでマイクロ波発生手段の発生するマイクロ波の周波数を変化させることができることが認められる。
【0058】
次に図8に示す特性を有するマイクロ波キャビティを用いて、溝部の深さ寸法Lがマイクロ波キャビティ内の電磁場分布に与える影響を調べた。この評価にはマイクロ波センサが検出する信号を用いた。この評価結果の一例を図9に示す。
【0059】
なお、図9は深さ寸法Lが0mmを基準にし、深さ寸法Lが使用するマイクロ波の波長に対して略1/8波長(試験例では15.5mm)および略1/4波長(試験例では31.5mm)の場合において、それぞれの基準に対する相対値を示す。
【0060】
深さ寸法Lが略1/8波長の場合には、深さ寸法Lが0mmにおいて生じる電磁場分布にほとんど同様であるが、深さ寸法Lが略1/4波長の場合には、電磁場分布が明らかに変化していることが認められる。しかも、略1/8波長の場合に電磁場強度が強い場所が略1/4波長の場合では弱くなっていることから、これらの深さ寸法の組合せは相互補完に近い電磁場分布をマイクロ波キャビティ内に生じさせていることが認められる。
【0061】
次に上記の溝部の深さ寸法をマイクロ波給電中に変化させた場合のマイクロ波キャビティ内に生じる電磁場の時間的変化の一例を図10に示す。
【0062】
深さ寸法Lを略1/4波長にすると、マイクロ波キャビティ内に生じる電磁場分布の均一化が進むことを図10は示している。
【0063】
本発明は、溝部の開孔部からの深さ寸法を変化させることによるマイクロ波キャビティ内のマイクロ波挙動の変化を高周波加熱装置に適用しうる実用的構成として展開させたものである。
【0064】
そして実用的構成として、溝部の終端と開孔部との寸法はマイクロ波の波長の1/4波長より少し長い寸法とし、インピーダンス変換部は開孔部からの配設寸法を1/4波長より短い寸法としている。これにより、開孔部には容量性と誘導性の両方のインピーダンスを持たせ、マイクロ波の多重伝搬を促進している。
【0065】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば以下の効果を有する。
【0066】
請求項1および2のマイクロ波キャビティによれば、開孔部からマイクロ波空間の外側に延在する終端が閉じられた溝部と、溝部内に固定配誘電体材料からなるインピーダンス変換部とを備えたことにより、溝部に入射したマイクロ波を利用して開孔部に所定のインピーダンスを形成させることができる。この結果、インピーダンス変換部を可動させることなく、マイクロ波空間内にマイクロ波の多重伝搬あるいはさまざまな電磁場分布を容易に生じさせることができる。
【0067】
請求項3のマイクロ波キャビティによれば、給電部を有さない壁面に開孔部を設けることにより、給電部から放射されるマイクロ波はその放射特性に乱れを生じることなくマイクロ波空間に放射させることができる。そして、インピーダンス変換部を可動させることなく、開孔部のマイクロ波的作用によりマイクロ波空間内にマイクロ波の多重伝搬あるいはさまざまな電磁場分布を生じさせて、被加熱物全体の加熱の均一化を促進させることができる。
【0068】
請求項のマイクロ波キャビティによれば、溝部の終端までの深さ寸法及びインピーダンス変換部の開孔部からの配設位置を規定範囲に設定することにより、開孔部のインピーダンス可変に対してマイクロ波空間へのマイクロ波の給電特性の変化を抑制し、給電効率を高く維持させることができる。
【0069】
請求項のマイクロ波キャビティによれば、給電部を複数の壁面に設け、それぞれの壁面に配設した開孔部の配設方向を異ならした構成により、いずれかの開孔部が高周波電流を分断することになり、さまざまな電磁場分布に対応できるマイクロ波キャビティを提供するとともに複数の壁面から反射するマイクロ波の多重伝搬により、被加熱物をより効果的に均一に加熱させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1を示すマイクロ波キャビティを適用した高周波加熱装置の構成図
【図2】 同マイクロ波キャビティの要部構成図
【図3】 本発明の実施例2を示すマイクロ波キャビティの要部構成図
【図4】 本発明の実施例3を示すマイクロ波キャビティの要部構成図
【図5】 本発明の実施例4を示すマイクロ波キャビティの構成図
【図6】 本発明に係わるマイクロ波的作用を説明するマイクロ波キャビティの構成図
【図7】 本発明に係わる開孔部に設けた溝部の深さがマイクロ波発生手段の負荷整合に与える影響を示す第一の特性図
【図8】 本発明に係わる開孔部に設けた溝部の深さがマイクロ波発生手段の負荷整合に与える影響を示す第二の特性図
【図9】 本発明に係わる開孔部に設けた溝部の深さがマイクロ波キャビティ内の電磁場分布に与える影響を示す特性図
【図10】 本発明に係わる開孔部に設けた溝部の深さの可変がマイクロ波キャビティ内の電磁場分布に与える時間的変化の一例を示す特性図
【符号の説明】
10,67 マイクロ波キャビティ
17,54 マイクロ波空間
18,58,59,74 開孔部
20,39,42,60,61,69 溝部(インピーダンス変換手段)
21,40,46,75 溝部の終端(インピーダンス変換手段)
22 インピーダンス変換部(インピーダンス変換手段)
25,55 給電部
32 高周波電流
38 回転駆動されるインピーダンス変換部
41,64,65 非金属材料で構成したインピーダンス変換部
49,70 給電部を有する第一の壁面
50,52,71 開孔部を有する第二の壁面
L1,L8,L 開孔部から溝部の終端までの深さ
L5,L6,L9 開孔部からインピーダンス変換部までの距離寸法
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a microwave cavity applied to a high-frequency heating apparatus that dielectrically heats an object to be heated using microwave energy, and more particularly to a microwave cavity that promotes uniform heating of an object to be heated. is there.
[0002]
[Prior art]
In a conventional microwave cavity of this type, as means for achieving uniform heating of the object to be heated contained in the cavity, a radio wave stirring method, a heated object rotation method, a multiple power supply method, or an uneven wall surface cavity is used. is there.
[0003]
The radio wave agitation method has a configuration in which a metallic plate-shaped blade provided in a microwave cavity is rotationally driven. In this system, microwaves propagating while being repeatedly reflected on the metal boundary surface forming the cavity and the surface of the object to be heated are also reflected by the metallic plate-like blades. The reflection of microwaves from the metal plate blades increases the microwave propagation path in the cavity compared to the case without plate blades, and diffuses the microwaves to the entire object to be heated. This promotes uniform heating of the object to be heated.
[0004]
The heated object rotation method is configured to rotationally drive a placing plate on which the heated object is placed. In this method, the object to be heated is moved relative to the microwave propagation distribution generated in the microwave cavity determined by the cavity structure and the type and shape of the object to be heated. It is propagated to promote uniform heating of the object to be heated.
[0005]
The multiple power feeding method is configured to feed microwaves into a cavity from a plurality of locations on a metal interface forming a microwave cavity. In this system, the greatest feature compared to a single power supply is that a plurality of microwaves having different phases are supplied into the cavity. By propagating microwaves having different phases in the cavity, a state of irregular reflection of the microwaves is generated in the cavity in the same manner as in the radio wave stirring method.
[0006]
The concavo-convex shape wall surface cavity structure system has a configuration in which concavo-convex portions are provided on a metal boundary surface forming a microwave cavity. In this system, microwaves are diffusely reflected by a metal interface having irregularities.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional microwave stirring type microwave cavity has a physical limit to uniformly diffuse the microwave reflected by the metal plate blades into the cavity. This is because the rotational speed of the metal plate blades is too slow relative to the propagation speed of the microwave, and even if the rotation speed of the metal plate blades is controlled, the entire object to be heated is uniformly microscopic. It is very difficult to propagate waves. Therefore, depending on the type and amount of the object to be heated, it has been difficult to suppress the occurrence of unexpected and uneven heating distribution.
[0008]
Also, in the heated object rotation method, the electromagnetic field distribution generated in the microwave cavity is naturally determined by the type and amount of the heated object, so the electromagnetic field distribution generated corresponding to one heated object is the heated object. However, the electromagnetic wave distribution cannot be changed even if it is unsuitable for uniformly heating.
[0009]
In the multiple power feeding method, the ideal behavior is as described above, but the behavior of the microwaves radiated from one power feeding unit is affected by the microwaves radiated from the other power feeding units. For this reason, even if there are a plurality of power feeding units, specific microwave propagation determined by the plurality of power feeding configurations occurs in the microwave cavity, so depending on the type and amount of the object to be heated, unexpected and uneven It was difficult to suppress the occurrence of heating distribution.
[0010]
Furthermore, the cavity structure of the concavo-convex-shaped wall surface is provided with irregularities such as so-called golf ball dimples on the entire wall surface to cause irregular reflection in the cavity that can promote uniform heating of the object to be heated. It is necessary to make the depth dimension or the projecting dimension non-negligible with respect to the microwave wavelength, for example, 1/10 wavelength dimension or more. As a result, the configuration of the microwave cavity is complicated, and there is a problem that a configuration that is difficult for practical use is forced.
[0011]
The present invention provides a microwave cavity for accelerating uniform heating of an object to be heated by variably controlling an electromagnetic wave distribution generated in a microwave space in a microwave cavity applied to a high-frequency heating apparatus.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The microwave cavity of the present invention substantially confines the fed microwave to solve the above problems. Consists of a roughly hexahedron Microwave space, Provided on at least one side of the rectangular hexahedron An opening and the opening To the outside of the microwave space, and a groove portion with a closed end, and a dielectric material fixedly disposed in the groove portion. And an impedance converter.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The invention also claims 1 and 2 The microwave cavity includes a microwave space composed of a substantially rectangular hexahedron that substantially confines the supplied microwave, an opening provided on at least one surface of the rectangular hexahedron, and the microwave space from the opening to the microwave space. A groove portion having a closed end extending outwardly, and the groove portion Fixed distribution Setting Shi The Made of dielectric material And an impedance converter. And the opening part is arrange | positioned so that the flow of the high frequency current produced in the metal wall surface which comprises a rectangular parallelepiped may be interrupted.
[0014]
The groove portion is configured to substantially confine the microwave so that high-frequency current can flow through the groove portion. Microwaves enter the groove part from the opening part, propagate through the inside, reflect at the end of the groove part, and propagate again to the microwave space from the opening part. The impedance conversion part provided in the groove part generates a prescribed impedance in the opening part, and regulates the propagation of the microwave incident on the opening part into the groove part. Then, the reflection characteristic of the microwave incident on the opening is changed to the reflection characteristic of the microwave generated by entering other than the opening. By providing this impedance converter, Without moving the impedance converter, Multiple propagation of microwaves or various electromagnetic field distributions can be generated in the microwave space.
[0015]
Furthermore, the present invention claims 3 The microwave cavity includes a microwave space for containing the object to be heated and substantially confining the supplied microwave, and a first wall surface that forms the microwave space and includes a microwave feeding unit, A second wall surface that forms the microwave space and does not include the first wall surface; an opening portion disposed in the second wall surface through a substantially central portion of the wall surface; and the opening portion A groove extending from the microwave space to the outside of the microwave space and closed in the groove Fixed distribution Setting Shi The Made of dielectric material And an impedance converter.
[0016]
And since the opening part is not arrange | positioned in the 1st wall surface which has a feed part, the microwave radiated | emitted from a feed part is radiated | emitted to microwave space, without producing disturbance in the radiation characteristic. Microwaves radiated to the microwave space are affected by the provision of the impedance converter described above, Without moving the impedance converter, Multiple propagation of microwaves or various electromagnetic field distributions can be generated in the microwave space to promote uniform heating of the entire object to be heated.
[0017]
The invention also claims 4 In the microwave cavity, the depth to the end of the groove is larger than a quarter of the wavelength of the microwave fed to the microwave space, and the arrangement position of the impedance converter from the opening is The dimensional configuration is less than ¼ wavelength of the wavelength of the microwave fed to the microwave space.
[0018]
And the microwave feed characteristic into microwave space changes with variable control of an impedance conversion part. By disposing the impedance conversion unit at the above position, it is possible to suppress a change in the power supply characteristic of the microwave to the microwave space and maintain a high power supply efficiency.
[0019]
The invention also claims 5 In the microwave cavity, the second wall surface has a plurality of wall surfaces, and the arrangement directions of the opening portions arranged on the respective wall surfaces are different.
[0020]
The object to be heated can be more effectively and uniformly heated by the multiple propagation of the microwaves reflected from the plurality of wall surfaces.
[0021]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0022]
(Example 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a high-frequency heating apparatus having a microwave cavity showing Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram of a main part of FIG.
[0023]
1 and 2, the microwave cavity 10 is a substantially rectangular parallelepiped made up of a right side wall surface 11, a left side wall surface 12, a back wall surface 13, an upper wall surface 14, a bottom wall surface 15 and a front wall surface 16 which are metal boundary portions made of a metal material. A microwave space 17 is formed which is configured in shape and substantially confines the fed microwave. Reference numeral 18 denotes an opening formed in the left wall 12, which is disposed at a substantially central portion in the vertical direction of the left wall 12 and has a substantially rectangular hole shape. On the outside of the microwave space 17 on the left wall surface 12, a groove plate 19 (a component of impedance conversion means) made of a metal material is assembled so as to cover the opening 18. The groove plate 19 forms a groove 20 having a predetermined groove depth L1 and a gap dimension L3 substantially equal to the opening dimension L2 of the opening 18. The opening 18 is disposed at one end of the groove 20, and the terminal end 21 of the groove is closed by the groove plate 19. Further, an impedance converter 22 (one component of impedance converter) is provided in the groove 20. The impedance converter 22 is made of a metal material and has a corrugated sliding dimension L4 that slides between the inner wall of the groove plate 19 and the left wall surface 12. Reference numeral 23 denotes a sliding shaft for sliding the impedance converter 22, and extends outside the groove 20 through the terminal end 21 of the groove. One end of the sliding shaft 23 is fixed to the impedance converter 22, and the other end is provided with a moving means (not shown) for moving the sliding shaft in a direction indicated by 24 in FIG. 2.
[0024]
The movable range of the impedance converter 22 has a minimum dimension L5 from the aperture and a maximum dimension (L1-L4).
[0025]
The right wall surface 11 is provided with a power feeding portion 25 that feeds microwaves to the microwave space 17, and the power feeding portion 25 is configured by an opening in the right wall surface 11 and a thin plate made of a low dielectric loss material that closes the opening. Has been. A placing plate 26 is provided in the approximate center of the bottom wall surface 15 to place an object to be heated and rotationally driven.
[0026]
Reference numeral 27 denotes an open / close door for taking a heated object into and out of the microwave space 17. A front wall surface 16 made of a mesh-like metal plate is provided at the center of the open / close door 27 so that the inside of the microwave space 17 can be seen through, and a heat-resistant glass plate 28 is disposed on the front surface from the microwave space 17 side of the front wall surface 16. It is attached to the wall 16. Reference numeral 29 denotes a hinge portion that supports opening and closing of the open / close door 27, and 30 denotes a door latch switch portion for detecting that the open / close door 27 is in a closed state. Reference numeral 31 denotes an operation unit for inputting microwave heating conditions of the object to be heated.
[0027]
Further, as a typical operation of the microwave on the left wall surface 12, in FIG. 2, a high-frequency current 32 that flows through the left wall surface 12, a microwave 33 incident on the metal surface, its reflected wave 34, and the opening 18 are shown. A microwave 35 incident thereon and its reflected wave 36 and transmitted wave 37 are shown.
[0028]
Next, the operation and action of the high-frequency heating apparatus provided with the microwave cavity of the present invention having the above configuration will be described.
[0029]
After placing an object to be heated on the mounting tray 26 and closing the open / close door 27, the apparatus starts operation by inputting a heating condition corresponding to the object to be heated from the operation unit 31. The microwave generated by the microwave generating means (not shown) at the start of the operation is radiated from the power supply unit 25 into the microwave space 17. The microwave propagating in the microwave space 17 is repeatedly reflected on each wall surface forming the microwave space 17 to form an electromagnetic field distribution in the microwave space. During this time, the microwave incident on the object to be heated dielectrically heats the object to be heated.
[0030]
A high-frequency current corresponding to the above-described electromagnetic field distribution flows on each wall surface forming the microwave space 17. Due to the presence of the opening 18, the high-frequency current 32 flowing through the left wall surface 12 is divided, and a microwave 37 propagating into the groove 20 is generated.
[0031]
The microwave 37 propagated in the groove 20 is reflected by the impedance converter 22 and propagates again in the microwave space 17 through the opening 18. A specific impedance is generated in the opening 18 by the propagation action of the microwave reflected from the inside of the groove 20 and propagating to the opening 18. Ideally, all values can be formed as impedance values generated in the opening portion 18, and restrictions on this value will be described later.
[0032]
The impedance of the aperture 18 can be changed by sliding the impedance converter 22. The opening 18 is provided so as to divide the flow of the high-frequency current 32. However, if the impedance of the opening 18 is made zero, the flow of the high-frequency current 32 is not divided. On the other hand, when the impedance of the opening 18 is infinite, the high frequency current 32 does not flow at all. The phase difference between the incident wave 35 and the reflected wave 36 of the microwave incident on the opening 18 is 180 degrees when the impedance of the opening 18 is zero, and the impedance of the opening 18 is infinite. In this case, it is 0 degree. Since the phase difference between the incident wave 33 and the reflected wave 34 of the microwave incident on the wall surface other than the opening 18 is 180 degrees, it can be obtained by reflection from the metal wall by changing the impedance of the opening. A microwave having a phase difference that cannot be propagated in the microwave space 17. Further, the electromagnetic field distribution generated in the microwave space 17 can be changed. As described above, the microwaves can be propagated in the microwave space 17 in a multiple manner to form various electromagnetic wave distributions, and the uniform heating of the entire object to be heated can be promoted.
[0033]
(Example 2)
FIG. 3 is a configuration diagram of a main part of a microwave cavity showing Embodiment 2 of the present invention. 3 is different from FIG. 2 in the configuration of the impedance converter 38.
[0034]
The impedance converter 38 is disposed at a distance L6 from the opening 18. The impedance converter 38 is configured to be rotatable in the groove 39, and has an effective relative dielectric constant of approximately 50 or more in the frequency band of a metal plate or a propagating microwave having a width smaller than the height L7 of the groove. It is composed of a plate made of a dielectric material exhibiting a value.
[0035]
As specific configuration dimensions for realizing the second embodiment, for example, the depth dimension L8 from the opening portion 18 of the terminal end 40 of the groove portion 39 is larger than ¼ of the wavelength of the microwave propagating through the groove portion 39. The distance dimension L6 to the rotation center of the impedance conversion part 38 made of a certain metal plate is 30 mm, which is approximately a quarter wavelength of the wavelength of the microwave propagating through the groove part 39, and the height dimension L7 of the groove part 39 is 15 mm. The width dimension of the conversion part 38 is 12 mm, and the thickness dimension is 3 mm. According to such a configuration dimension, compact mounting to a high-frequency heating device can be achieved.
[0036]
In such a rotationally driven impedance conversion unit 38, the impedance conversion unit 38 reflects most of the propagated microwave by setting the rotation position to the position indicated by the solid line 38a in FIG. On the other hand, the microwave is propagated to the end 40 of the groove 39 by setting the position indicated by the broken line 38b in FIG. The impedance generated in the opening 18 is changed by changing the microwave propagation in the groove 39 accompanying the rotational drive of the impedance converter 38.
[0037]
In addition, according to the configuration of the impedance conversion unit 38 that is rotationally driven, the impedance change that can be caused in the opening 18 even when continuously rotated is periodic, and the impedance value to be changed is set to a predetermined value. It can be limited. By this effect, it is possible to limit the multiple propagation of the microwave or the electromagnetic field distribution in the microwave space, and it is possible to control the generation of the multiple propagation or the electromagnetic field distribution corresponding to the uniform heating of the object to be heated.
[0038]
When the impedance converter 38 is made of a dielectric material, the microwave is reflected and transmitted on the layer surface of the impedance converter 38. By using a material having an effective relative dielectric constant of about 50 or more, the energy of the reflected wave with respect to the incident wave can be made 50% or more. Thereby, the reflection useful for impedance formation at the opening 18 can be reflected from the impedance converter made of the dielectric material.
[0039]
(Example 3)
FIG. 4 is a main part configuration diagram of a microwave cavity showing Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 4, the difference from the above embodiment is that the impedance converting portion 41 is made of a dielectric material and fixedly arranged at a predetermined position L9 of the groove portion 42.
[0040]
The effective relative permittivity of the dielectric material constituting the impedance converter 41 is a value of about 4 or more and 7 or less in the frequency band of the microwave propagating through the groove 42. By using such an impedance converter 41, the microwave 43 that has propagated in the groove 42 is separated into a reflected wave 44 and a transmitted wave on the layer surface of the impedance converter 41. Of the transmitted wave, the transmitted wave 45 transmitted through the impedance converter 41 propagates to the end 46 of the groove 42, and the reflected wave 47 reflected by the end 46 is incident on the impedance converter 41 again. Of the reflected wave 47, the microwave 48 and the reflected wave 44 that have passed through the impedance converter 41 propagate to the opening 18 side. The microwave reflected to the opening 18 side determines the impedance value of the opening 18.
[0041]
It should be noted that the behavior of the reflection and transmission of the microwave at the impedance conversion unit 41 described above also occurs inside the impedance conversion unit 41, and it is refused that the microwave reflected to the opening 18 side exists in addition to the above. Keep it.
[0042]
Due to the action of the impedance converter 41 made of such a dielectric material, multiple propagation of microwaves can be generated inside the groove 42. Due to the occurrence of this multiple propagation, it is possible to cause multiple propagation of microwaves or various electromagnetic field distributions in the microwave space without moving the impedance converter.
[0043]
(Example 4)
FIG. 5 is a configuration diagram of a microwave cavity showing Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 5, a right wall surface 49, a left wall surface 50, a bottom wall surface 51, a back wall surface 52, and an upper wall surface 53 are metal wall surfaces that form a microwave space 54.
[0044]
The right wall surface 49 (first wall surface) is provided with a power feeding portion 55, and a waveguide 56 for transmitting a microwave to be fed to the outside of the microwave space 54 is disposed. Reference numeral 57 denotes a coupling hole provided at one end of the waveguide 56, and an output antenna of microwave generating means (not shown) is inserted into and attached to the coupling hole 57.
[0045]
On the other hand, the left wall surface 50 that is the second wall surface and the back wall surface 52 that is the other second wall surface that face the right wall surface 49 that is the first wall surface are substantially passed through the substantially central portion of each wall surface. Opening portions 58 and 59 having a rectangular hole shape are formed. Further, groove plates 62 and 63 for forming predetermined groove portions 60 and 61 are disposed outside the microwave space 54 of the opening portions 58 and 59, respectively. Further, the impedance converters 64 and 65 shown in the third embodiment are disposed inside the grooves 60 and 61. Further, the opening portions 58 and 59 are arranged in different directions, the opening portion 58 is formed in the horizontal direction, and the opening portion 59 is formed in the vertical direction. Reference numeral 66 denotes a drive shaft that rotationally drives a mounting tray on which an object to be heated is mounted.
[0046]
And by the structure which has arrange | positioned the opening part 58 in the left side wall surface 50 which opposes the right side wall surface 49 which has the electric power feeding part 55, a to-be-heated material can be made to exist between an electric power feeding part and an opening part, and it injects directly. Uniform heating of the object to be heated can be promoted by causing the microwave and the microwaves that are multiple-reflected from the wall surface having the opening to enter the object to be heated.
[0047]
In addition, by arranging the openings in different orientations on the plurality of wall surfaces, it becomes possible for any of the openings to divide the high-frequency current with respect to various high-frequency current flows. . The object to be heated can be more effectively and uniformly heated by the multiple propagation of the microwaves reflected from the plurality of wall surfaces.
[0048]
Although the embodiment of the present invention has been described above, the operation of the impedance conversion section will be described below in more detail with reference to FIGS. 6 to 10 using the impedance conversion section shown in the first embodiment.
[0049]
FIG. 6 is a configuration diagram of a microwave cavity used for explaining the microwave action of the impedance converter of the present invention.
[0050]
In FIG. 6, 67 is a microwave cavity, 68 is a waveguide for transmitting microwaves to be fed to the microwave cavity 67, and 69 is opposed to a wall surface 70 in which the microwave cavity 67 is formed and provided with a feeding portion. It is a groove provided in the wall surface 71. The waveguide 68 is provided with a coupling hole 72 for mounting a magnetron as a microwave generating means. Further, nine microwave sensors are arranged on the metal wall surface 73 forming the microwave cavity 67 in an array of 3 rows and 3 columns as shown in the figure. This microwave sensor detects a physical quantity proportional to the intensity of the electromagnetic field distribution in the vicinity where the microwave sensor is disposed in combination with the electromagnetic field distribution generated in the microwave cavity 67.
[0051]
The microwave cavity 67 has a width dimension W, a depth dimension D, and a height dimension of 190 mm, 158 mm, and 100 mm, respectively. The groove 69 has a configuration in which a position of a depth L from an opening 74 (opening size 5 mm) passing through a substantially central portion of the metal wall surface 71 is closed by a metal plate 75. The metal plate 75 is configured to be slidable in the groove 69.
[0052]
With the depth L of the groove 69 set to 0 mm, the electromagnetic field distribution generated in the microwave cavity 67 is such that the number of standing wave peaks generated in the width direction, depth direction, and height direction is 2, 2, 0, respectively. I confirmed that there was. Accordingly, the aperture 74 arranged as shown is arranged so as to divide the high-frequency current against the occurrence of the standing wave.
[0053]
Then, the depth L of the groove 69 was changed, and the behavior of the microwave generated in the microwave cavity 67 was analyzed based on the detection signals of the nine microwave sensors. The sensor output signal of the microwave sensor is microwave power, but in the following description, a DC voltage value that has undergone signal conversion processing through a detection diode is used. Further, in order to distinguish the microwave sensor signal, the number as shown in the figure is given to the arrangement position.
[0054]
7 and 8 are characteristic diagrams showing the influence of the depth of the groove on the load characteristics of the microwave generating means. FIG. 7 is a characteristic example in a state where load matching between the microwave generating means and the microwave cavity 67 is not performed, and FIG. 8 is a characteristic example when the load matching is achieved.
[0055]
As shown in FIG. 7, by changing the depth L of the groove, the load characteristic of the microwave generating means shows a circular characteristic in the Smith chart. The load characteristics of the microwave generating means change periodically with respect to changes in the depth L of the groove. From this, it is recognized that the microwave supplied to the microwave space 67 propagates into the groove 69 through the opening 74.
[0056]
In addition, the load characteristics greatly change with respect to the change of the depth L before and after the depth L of the groove 69 is approximately ¼ wavelength (about 32.5 mm) of the propagation wavelength of the microwave. This is because the impedance generated in the aperture 74 changes greatly. Further, it can be seen that the groove 69 has the same function as the impedance matching means for adjusting the impedance matching state between the microwave cavity and the microwave generating means.
[0057]
An example of characteristics when an impedance matching member (not shown) is disposed in the waveguide 68 in order to realize load matching with the microwave generating means for the microwave cavity 67 including the load. As shown in FIG. The load matching was performed when the depth L of the groove 69 was 0 mm. By providing the impedance matching means in the waveguide 68, the power supply efficiency, which is the ratio at which the microwave generated by the microwave generation means can be supplied into the microwave cavity 67, is greatly improved compared to the characteristics of FIG. However, when the depth L is around 25 mm, the power supply efficiency is almost equivalent. In addition, when a microwave cavity exhibiting such load characteristics is applied to a high-frequency heating device, it is recognized that the frequency of the microwave generated by the microwave generating means can be changed by varying the depth L.
[0058]
Next, using a microwave cavity having the characteristics shown in FIG. 8, the influence of the depth L of the groove on the electromagnetic field distribution in the microwave cavity was examined. For this evaluation, a signal detected by the microwave sensor was used. An example of the evaluation result is shown in FIG.
[0059]
In FIG. 9, the depth dimension L is set to 0 mm, and the wavelength of the microwave used by the depth dimension L is approximately 1/8 wavelength (15.5 mm in the test example) and approximately 1/4 wavelength (test In the case of 31.5 mm in the example, the relative value with respect to each reference is shown.
[0060]
When the depth dimension L is approximately 1/8 wavelength, it is almost the same as the electromagnetic field distribution generated when the depth dimension L is 0 mm, but when the depth dimension L is approximately 1/4 wavelength, the electromagnetic field distribution is Obviously, there is a change. In addition, since the place where the electromagnetic field strength is strong in the case of about 1/8 wavelength is weak in the case of about 1/4 wavelength, the combination of these depth dimensions shows an electromagnetic field distribution close to mutual complement in the microwave cavity. It is recognized that
[0061]
Next, FIG. 10 shows an example of the temporal change of the electromagnetic field generated in the microwave cavity when the depth dimension of the groove is changed during the microwave power feeding.
[0062]
FIG. 10 shows that when the depth dimension L is set to approximately ¼ wavelength, the distribution of the electromagnetic field generated in the microwave cavity is made uniform.
[0063]
The present invention has been developed as a practical configuration that can be applied to a high-frequency heating apparatus by changing the microwave behavior in the microwave cavity by changing the depth dimension from the opening of the groove.
[0064]
As a practical configuration, the dimensions of the end of the groove and the aperture are slightly longer than a quarter wavelength of the microwave wavelength, and the impedance conversion unit has an arrangement dimension from the aperture of a quarter wavelength. The dimensions are short. As a result, the aperture has both capacitive and inductive impedances to promote multiple propagation of microwaves.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following effects.
[0066]
Claim 1 and According to the microwave cavity 2, the groove portion that extends from the opening portion to the outside of the microwave space is closed, and the groove portion Fixed distribution Setting Shi The Made of dielectric material By providing the impedance conversion unit, it is possible to form a predetermined impedance in the aperture using the microwave incident on the groove. As a result, Without moving the impedance converter, Multiple propagation of microwaves or various electromagnetic field distributions can be easily generated in the microwave space.
[0067]
According to the microwave cavity of the third aspect, the microwave radiated from the power feeding part is radiated into the microwave space without causing a disturbance in the radiation characteristic by providing the opening in the wall surface without the power feeding part. Can be made. And Without moving the impedance converter, By the microwave action of the opening portion, multiple propagation of microwaves or various electromagnetic field distributions can be generated in the microwave space, and uniform heating of the entire object to be heated can be promoted.
[0068]
Claim 4 According to the microwave cavity of the present invention, by setting the depth dimension to the end of the groove and the arrangement position of the impedance converter from the aperture, the microwave space can be controlled against the variable impedance of the aperture. It is possible to suppress the change in the power supply characteristics of the microwaves and maintain high power supply efficiency.
[0069]
Claim 5 According to the microwave cavity, any one of the apertures can divide the high-frequency current by providing the power supply unit on a plurality of wall surfaces and changing the arrangement direction of the apertures arranged on each wall surface. Thus, it is possible to provide a microwave cavity that can cope with various electromagnetic field distributions and to heat the object to be heated more effectively and uniformly by the multiple propagation of the microwaves reflected from the plurality of wall surfaces.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a high-frequency heating apparatus to which a microwave cavity showing Example 1 of the present invention is applied.
[Fig. 2] Configuration of the main part of the microwave cavity
FIG. 3 is a configuration diagram of a main part of a microwave cavity showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a main part configuration diagram of a microwave cavity showing Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of a microwave cavity showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of a microwave cavity for explaining the microwave action according to the present invention.
FIG. 7 is a first characteristic diagram showing the influence of the depth of the groove provided in the opening according to the present invention on the load matching of the microwave generating means.
FIG. 8 is a second characteristic diagram showing the influence of the depth of the groove provided in the opening according to the present invention on the load matching of the microwave generating means.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the influence of the depth of the groove provided in the opening according to the present invention on the electromagnetic field distribution in the microwave cavity.
FIG. 10 is a characteristic diagram showing an example of the temporal change that the variation of the depth of the groove provided in the opening according to the present invention gives to the electromagnetic field distribution in the microwave cavity.
[Explanation of symbols]
10,67 microwave cavity
17,54 microwave space
18, 58, 59, 74 Opening
20, 39, 42, 60, 61, 69 Groove (impedance conversion means)
21, 40, 46, 75 Termination of groove (impedance conversion means)
22 Impedance converter (impedance converter)
25,55 Power feeding unit
32 high frequency current
38 Rotation driven impedance converter
41, 64, 65 Impedance converter made of non-metallic material
49,70 The first wall surface having the power feeding part
50, 52, 71 Second wall surface with opening
L1, L8, L Depth from opening to end of groove
L5, L6, L9 Distance dimension from the opening to the impedance converter

Claims (5)

給電されたマイクロ波を実質的に閉じ込める略直方六面体からなるマイクロ波空間と、前記直方六面体の少なくとも一面に設けた開孔部と、前記開孔部から前記マイクロ波空間の外側に延在する終端が閉じられた溝部と、前記溝部内に固定配誘電体材料からなるインピーダンス変換部とを備えたマイクロ波キャビティ。A microwave space composed of a substantially rectangular hexahedron that substantially confines the supplied microwave, an opening provided on at least one surface of the rectangular hexahedron, and a termination extending from the opening to the outside of the microwave space microwave cavity with the the groove closed, and said consists of a fixed arrangement with a dielectric material in the groove impedance converter. 開孔部は、直方六面体を構成する金属壁面に生じる高周波電流の流れを分断するように配設された請求項記載のマイクロ波キャビティ。Opening the microwave cavity according to claim 1, wherein disposed so as to divide the flow of high-frequency current generated in the metal wall constituting a rectangular hexahedron. 被加熱物が収納されるとともに給電されたマイクロ波を実質的に閉じ込めるマイクロ波空間と、前記マイクロ波空間を形成するとともにマイクロ波の給電部を有する第一の壁面と、前記マイクロ波空間を形成するとともに前記第一の壁面を含まない第二の壁面と、前記第二の壁面においてその壁面の略中央部を通って配設された開孔部と、前記開孔部から前記マイクロ波空間の外側に延在する終端が閉じられた溝部と、前記溝部内に固定配誘電体材料からなるインピーダンス変換部とを備えたマイクロ波キャビティ。A microwave space for containing an object to be heated and substantially confining a microwave supplied thereto, a first wall surface forming the microwave space and having a microwave feeding portion, and forming the microwave space In addition, a second wall surface not including the first wall surface, an opening portion disposed through the substantially central portion of the wall surface in the second wall surface, and the microwave space from the opening portion. microwave cavity with a groove end extending outwardly is closed, and an impedance conversion unit consisting of a fixed arrangement with dielectric material in said groove. 溝部の終端までの深さは、マイクロ波空間に給電されるマイクロ波の波長の1/4波長より大きい寸法構成とし、インピーダンス変換部の開孔部からの配設位置は、マイクロ波空間に給電されるマイクロ波の波長の1/4波長未満の寸法構成とした請求項または記載のマイクロ波キャビティ。The depth to the end of the groove portion is larger than a quarter wavelength of the wavelength of the microwave fed to the microwave space, and the arrangement position from the opening portion of the impedance converter is fed to the microwave space. The microwave cavity according to claim 1 or 3 , wherein the microwave cavity has a dimensional configuration of less than a quarter wavelength of the wavelength of the microwave. 被加熱物が収納されるとともに給電されたマイクロ波を実質的に閉じ込めるマイクロ波空間と、前記マイクロ波空間を形成するとともにマイクロ波の給電部を有する第一の壁面と、前記マイクロ波空間を形成するとともに前記第一の壁面を含まない第二の壁面と、前記第二の壁面においてその壁面の略中央部を通って配設された開孔部と、前記開孔部から前記マイクロ波空間の外側に延在する終端が閉じられた溝部と、前記溝部内に設けられたインピーダンス変換部とを備え、前記第二の壁面は、複数の壁面とし、それぞれの壁面に配設した開孔部の配設方向を異ならした構成からなるマイクロ波キャビティ。 A microwave space for containing an object to be heated and substantially confining a microwave supplied thereto, a first wall surface forming the microwave space and having a microwave feeding portion, and forming the microwave space In addition, a second wall surface not including the first wall surface, an opening portion disposed through the substantially central portion of the wall surface in the second wall surface, and the microwave space from the opening portion. A groove portion having a closed end extending outward, and an impedance conversion portion provided in the groove portion, wherein the second wall surface has a plurality of wall surfaces, and an opening portion disposed on each wall surface. A microwave cavity with a different arrangement direction.
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