JP3912409B2

JP3912409B2 - マイクロ波キャビティ

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Publication number: JP3912409B2
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Authority: JP
Inventors: 等隆信江
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Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
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Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2007-05-09
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Description

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、回転駆動するように溝部内に支持配設されたインピーダンス変換部とを備えている。

以上のように本発明によれば以下の効果を有する。

インピーダンス変換部は、回転駆動されるように溝部内に支持配設したことにより、開孔部のインピーダンスの変化範囲を規定できるとともにに周期的なインピーダンス変化を容易に形成できる。その結果、マイクロ波空間内に生じる電磁場分布の時間的な制御を容易に実現することができる。

また、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。

本発明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、回転駆動するように溝部内に支持配設され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。

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。溝部に設けた誘電体材料からなるインピーダンス変換部は、その層面でマイクロ波は反射と透過を生じ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、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。そして、回転駆動手段の駆動条件を制御することで開孔部のインピーダンスを変えることを可能にし、マイクロ波空間内に生じる電磁場分布の時間的な制御を容易に実現することができる。

さらに、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、回転駆動するように溝部内に支持配設され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、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、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。そして、回転駆動手段の駆動条件を制御することで開孔部のインピーダンスを変えることを可能にし、マイクロ波空間内に生じる電磁場分布の時間的な制御を容易に実現することができる。

また、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。

そして、誘電体材料からなる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。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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同マイクロ波キャビティの要部構成図本発明の実施例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

Claims

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、回転駆動するように溝部内に支持配設され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。
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１記載のマイクロ波キャビティ。
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、回転駆動するように溝部内に支持配設され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。
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１または３記載のマイクロ波キャビティ。