JP4186279B2

JP4186279B2 - Microwave heating device

Info

Publication number: JP4186279B2
Application number: JP32055298A
Authority: JP
Inventors: 浩二吉野; 等隆信江; 明美福本; 谷　　知子
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-11-11
Filing date: 1998-11-11
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2018-11-11
Also published as: JP2000150137A

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マイクロ波加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の代表的なマイクロ波加熱装置として電子レンジがある。電子レンジにおいては、マイクロ波供給手段として、マグネトロンが放射したマイクロ波を導波管を介して加熱室に供給するのが一般的である。被加熱物としての食品は、マイクロ波の電界成分と食品の誘電定数に応じて発熱する。食品の単位体積当たり吸収される電力Ｐ［Ｗ／ｍ^３］は、加えられる電界の強さＥ［Ｖ／ｍ］、周波数ｆ［Ｈｚ］、および食品の比誘電率εｒ、誘電正接ｔａｎδにより（数１）として表される。
【０００３】
【数１】

【０００４】
ここで、加熱室内のマイクロ波は、加熱室の形状と、加熱室と導波管の結合部に形成される給電開口部の位置によって、何らかの定在波を生じる。電子レンジでは、周波数ｆが一定（主として約２４５０ＭＨｚ）であるから定在波分布も一定となり、食品の加熱分布は概ね定在波分布によって決まるため、定在波分布に従った加熱むらを生じる。
【０００５】
食品が加熱室内に無くて、加熱室が直方体の場合は、加熱室を空胴共振器と考えることができて、加熱室の寸法と給電開口部の位置により、立ちうる定在波分布を求めることができる。通常、加熱室形状を三次元で表し、各方向の寸法をｘ、ｙ、ｚとする時、それぞれの方向に電界の強いところ（定在波の腹）を数えてｍ、ｎ、ｐだけあれば、そのモードは（ｍｎｐ）であるという。モードは（数２）を満たすｍ、ｎ、ｐの組合せとなる。（ｘ、ｙ、ｚはｍｍ単位、ｍ、ｎ、ｐは整数、ｆ＝２４５０ＭＨｚの場合は波長λｏ≒１２２ｍｍ）
【０００６】
【数２】

【０００７】
たとえばλｏ＝１２２ｍｍでモード（４３１）をたてようと思えば、（数２）をほぼ満たす寸法のｘ＝３３０ｍｍ、ｙ＝３００ｍｍ、ｚ＝２１５ｍｍなどを選ぶことができる。ただし、一般的な電子レンジの寸法では、同時に（数２）を満たすモードが複数個考えられるのが普通である。
【０００８】
次に給電開口部の位置によるモードの限定について説明する。給電開口部から加熱室へマイクロ波が出る場合、給電開口部を挟み込むような逆向きの強電界が生じるため、給電開口部の中央は電界が弱く（定在波の節）なるような状態が安定となる。よって給電開口部の中央が定在波の腹となるようなモードは起こりにくくなり、モードを限定することができる。
【０００９】
一方、食品がある場合は、食品の誘電率による波長圧縮の影響などで（数２）からずれが生じることも知られている。
【００１０】
さて以上のような原理に基づいて生じる定在波分布に対して、被加熱物の加熱の均一化を図る手段として、一般的には電波攪拌方式、被加熱物回転方式、複数給電方式あるいは加熱室壁面の凹凸形状などが実用化されている。
【００１１】
電波攪拌方式は、加熱室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、マイクロ波空間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、マイクロ波空間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。
【００１２】
被加熱物回転方式は、被加熱物を載置するターンテーブルを回転駆動させる構成からなる。この方式では、マイクロ波空間構造とその内部に収納した被加熱物の種類や形状等により決定されたマイクロ波空間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。
【００１３】
複数給電方式は、加熱室を形成する金属境界面の複数の個所から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加熱室内に給電されることである。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加熱室内にマイクロ波の乱反射状態を生じさせるものである。
【００１４】
加熱室壁面の凹凸形状方式は、加熱室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。
【００１５】
さらに加熱の均一化を図るその他の方法として、加熱分布を推定できるような何らかの情報を検出し、検出結果に応じてマイクロ波の放射方向を制御するものがある。
【００１６】
特開平８−３２１３７８号公報には、ターンテーブルと、ターンテーブル下の回転アンテナ（あるいは回転導波管）を有し、被加熱物の温度や重量などの検出結果に基づいて、各々の位置制御を行う例が示されている。
【００１７】
特開平１０−１７２７５０号公報には、同様の検出結果に基づいて、ターンテーブルは無くても、複数の放射アンテナを切り替えてかつ位置制御することで任意の部位を加熱できる例が示されている。
【００１８】
これら２件の例は、マイクロ波によって発生した加熱むらを補うように、指向性のあるマイクロ波の放射手段を制御するので、均一化の効果が極めて高いものである。
【００１９】
また被加熱物の加熱の効率化を図る手段として、可変マッチング方式がある。
【００２０】
可変マッチング方式は、マグネトロンが放射したマイクロ波を導波管を介して加熱室に供給する際、導波管内に可変マッチング素子を配置し、操作キーや検知手段に基づいて被加熱物に関する情報（量、大きさ、形状など）を推定し、最もマッチングが取れる（マイクロ波のマグネトロンへの反射をできるだけ少なくして効率的に加熱室へ伝送する）ように可変マッチング素子の位置を制御するものである。
【００２１】
特開平５−２６６９７６号公報には、ポスト状の可変マッチング素子を、加熱室上面に配置した導波管内で平行移動させて位置制御する例が示されている。
【００２２】
また特開平６−１０４０７８号公報には、金属板からなる可変マッチング素子を、加熱室上面に配置した導波管内で回転または停止させて位置制御する例が示されている。
【００２３】
【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空間は、金属性板状羽根によって反射されるマイクロ波をマイクロ波空間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という問題を有していた。
【００２４】
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空間内に生じるマイクロ波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マイクロ波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という問題を有していた。
【００２５】
また、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空間内に生じるので、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という問題を有していた。
【００２６】
また、マイクロ波空間壁面の凹凸形状構造は、被加熱物の加熱の均一化を促進できうる乱反射をマイクロ波空間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、マイクロ波空間の構成が複雑となり実用性に難しい構成を強いられるという問題を有していた。
【００２７】
また、加熱分布を推定できるような何らかの情報を検出し、検出結果に応じてマイクロ波の放射方向を制御するものは、加熱の均一化という面では理想的である。しかし、マイクロ波の放射方向を制御するために、ターンテーブルや回転アンテナや回転導波管を組み合わせたり、複数個用いたりしなければならない。また、回転アンテナや回転導波管を導体を用いて構成してマイクロ波を供給する場合、長さは少なくとも１／４波長以上（半波長ダイポールアンテナ等は半波長）必要である上、回転アンテナや回転導波管に給電するための構成も必要である。加えて、大きなエネルギーのマイクロ波を放射する手段を駆動することになるので、安全性や信頼性を確保するための工夫（たとえばスパークを防止するために、アンテナと加熱室壁面との距離をとらないといけないとか）も必要である。よって構成が大掛かりで複雑になるという問題を有していた。また同様に、安全性や信頼性を確保するための検討に手間がかかるという問題を有していた。
【００２８】
さらに、可変マッチング方式は、マグネトロンと加熱室の間でマイクロ波が反射してマグネトロンに戻ってしまうのを防ぐために、マグネトロンと加熱室の間（導波管内）に可変マッチング素子を配置しなければならない。そして被加熱物に応じて可変マッチング素子の位置を制御する事で加熱の効率化を図るので、被加熱物に関する情報を得るためには必ず操作キーや検出手段と連動して位置制御しなければならない。さらに可変マッチング方式は、根本的な問題として、マグネトロンから加熱室内へ伝送されるマイクロ波の量を変える事はできるが、加熱分布を変えるものではなく、加熱分布の均一化を図ることはできないという問題を有していた。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室と、導波管と、前記導波管を介して前記加熱室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、前記加熱室の底面を形成する金属面に設けた開口部と、前記開口部のインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変手段を有するマイクロ波加熱装置であって、前記インピーダンス可変手段は、前記開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、前記溝部内に配置された誘電体からなる可動部と、前記可動部を駆動する駆動手段を有し、前記可動部の位置により前記溝部内を伝搬するマイクロ波の伝搬条件を変化させるために、前記溝部は略直方体で（１０）モードを伝送可能な導波管形状とし、マイクロ波の波長λに対して前記溝部の幅ａをλ／２＜ａ＜λ、前記溝部の高さｂをｂ＜λ／２、前記溝部を導波管と考えたときの管内波長λｇに対して前記溝部の深さＬをＬ＜λｇ／４としている。
【００３０】
上記発明によれば、マイクロ波供給手段から加熱室内に供給されたマイクロ波により、加熱室を形成する金属面に生じる高周波電流の流れは開口部によって流れが分断されるので、マイクロ波は開口部に接続したインピーダンス可変手段の溝部内へ伝搬する。溝部を伝搬するマイクロ波は溝部の終端まで伝搬し、この終端で反射して再び開口部を経て加熱室内を伝搬する。溝部内のマイクロ波伝搬経路の途中に設けた誘電体からなる可動部は、溝部内のマイクロ波伝搬条件を変化させる。このマイクロ波伝搬条件を変化させることで開口部に生じるインピーダンス値を零から理想的には無限大まで変えることができる。
【００３１】
この開口部は高周波電流の流れを分断するように設けられており、開口部のインピーダンスを零にすると、高周波電流の流れは分断されない。一方、開口部のインピーダンスを無限大にすると高周波電流は全く流れなくなる。開口部のインピーダンスの変化は、加熱室に生じうるマイクロ波分布を変化させる。また、開口部に入射するマイクロ波の入射波と反射波との位相差は、開口部のインピーダンスが零の場合１８０度であり、開口部のインピーダンスが無限大の場合０度となる。従って開口部のインピーダンスを変えることで加熱室内にマイクロ波を多重伝搬させ、さまざまなマイクロ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。特に本発明では、開口部を加熱室の底面に設けており、被加熱物と近い位置でインピーダンスを変化させるので、最も効果的に被加熱物の加熱分布を変えることができ、被加熱物全体の加熱の均一化を最も促進させることができる。そして、インピーダンス可変手段が、開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、溝部内の誘電体からなる可動部と、可動部を駆動する駆動手段とを有し、溝部を、深さが１／４波長に満たない導波管形状としたので、従来の回転アンテナや回転導波管の常識では考えられない極めて小さな構成で開口部のインピーダンスを変化させて、加熱の均一化を促進させることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室と、導波管と、前記導波管を介して前記加熱室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、前記加熱室の底面を形成する金属面に設けた開口部と、前記開口部のインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変手段を有するマイクロ波加熱装置であって、前記インピーダンス可変手段は、前記開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、前記溝部内に配置された誘電体からなる可動部と、前記可動部を駆動する駆動手段を有し、前記可動部の位置により前記溝部内を伝搬するマイクロ波の伝搬条件を変化させるために、前記溝部は略直方体で（１０）モードを伝送可能な導波管形状とし、マイクロ波の波長λに対して前記溝部の幅ａをλ／２＜ａ＜λ、前記溝部の高さｂをｂ＜λ／２、前記溝部を導波管と考えたときの管内波長λｇに対して前記溝部の深さＬをＬ＜λｇ／４としている。
【００３３】
そして、マイクロ波供給手段から加熱室内に供給されたマイクロ波により、加熱室を形成する金属面に生じる高周波電流の流れは開口部によって流れが分断されるので、マイクロ波は開口部に接続したインピーダンス可変手段の溝部内へ伝搬する。溝部を伝搬するマイクロ波は溝部の終端まで伝搬し、この終端で反射して再び開口部を経て加熱室内を伝搬する。溝部内のマイクロ波伝搬経路の途中に設けた可動部は、溝部内のマイクロ波伝搬条件を変化させる。このマイクロ波伝搬条件を変化させることで開口部に生じるインピーダンス値を零から理想的には無限大まで変えることができる。
【００３４】
この開口部は高周波電流の流れを分断するように設けられており、開口部のインピーダンスを零にすると、高周波電流の流れは分断されない。一方、開口部のインピーダンスを無限大にすると高周波電流は全く流れなくなる。開口部のインピーダンスの変化は、加熱室に生じるマイクロ波分布を変化させる。また、開口部に入射するマイクロ波の入射波と反射波との位相差は、開口部のインピーダンスが零の場合１８０度であり、開口部のインピーダンスが無限大の場合０度となる。
【００３５】
従って、開口部のインピーダンスを変えることで加熱室内にマイクロ波を多重伝搬させ、さまざまなマイクロ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。特に本発明では、開口部を加熱室の底面に設けており、被加熱物と近い位置でインピーダンスを変化させるので、最も効果的に被加熱物の加熱分布を変えることができ、被加熱物全体の加熱の均一化を最も促進させることができる。そして、インピーダンス可変手段が、開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、溝部内の誘電体からなる可動部と、可動部を駆動する駆動手段とを有し、溝部を、深さが１／４波長に満たない導波管形状としたので、従来の回転アンテナや回転導波管の常識では考えられない極めて小さな構成で開口部のインピーダンスを変化させて、加熱の均一化を促進させることができる。
【００３６】
また、マイクロ波加熱装置は、開口部上に加熱室の底面全体を覆う被加熱物載置用の載置台を有している。
【００３７】
そして、載置台が底面全体を覆うので、ターンテーブルを用いた時のようなコーナー部のデッドスペースがなく、被加熱物をどこにでも置くことができたり、底面と同等のサイズの被加熱物を置いて、加熱の均一化を図る事ができる。加えて、載置台が開口部を塞ぐ役割をも果たすので、専用の開口部用のカバーを不要にできる。
【００３８】
また、マイクロ波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、前記加熱室を形成する金属面に設けた開口部と、前記開口部のインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変手段とを有し、前記開口部の位置は、前記開口部が無い場合に前記加熱室内に生じる定在波の節の位置としている。
【００３９】
そして、開口部の位置は、開口部が無い場合に加熱室内に生じる定在波の節の位置としており、定在波の節の位置では基本的に電界が弱いので、開口部の電界も弱くなり、インピーダンス可変手段への電界集中を避ける事ができる。従って安全性、信頼性の高い均一加熱ができる。
【００４０】
また、請求項４のマイクロ波加熱装置は、開口部の位置は、実用的な被加熱物において、前記開口部が無い場合に加熱室内に生じる定在波の節の位置としている。
【００４１】
そして、被加熱物の大きさや形状や誘電特性によっては定在波が変化する可能性があるが、実用的な被加熱物において加熱室内に生じる定在波の節の位置に開口部を設けるので、確実にインピーダンス可変手段への電界集中を避ける事ができる。従って安全性、信頼性の高い均一加熱ができる。
【００４２】
また、マイクロ波加熱装置は、可動部は溝部内で回転可能な板状の誘電体からなり、駆動手段は前記誘電体を回転駆動するものとし、前記誘電体の幅広面が前記溝部の深さ方向に対して垂直な時に開口部のインピーダンスを零または零に近い値としている。
【００４３】
そして、可動部が溝部の深さ方向に対して垂直（この状態を可動部の基準の角度０とする）の時に開口部のインピーダンスを零または零に近い値とするので、可動部の角度が０から変化するにつれて溝部内のマイクロ波の実効長が短くなっていき、開口部のインピーダンスがずれて増えていく。従って開口部のインピーダンスを容易に零以上で変化させる事ができ、加熱の均一化を促進させることができる。
【００４４】
また、マイクロ波加熱装置は、可動部が溝部の深さ方向に対して垂直な時に、前記溝部内に定在波を１個たてることで開口部のインピーダンスを零または零に近い値としている。
【００４５】
そして、開口部のインピーダンスを零または零に近い値にするためには、溝部内の定在波を１以上の自然数個たてれば良いが、溝部内に定在波を１個たてるので、最も深さの浅い溝部で開口部のインピーダンスを零または零に近い値にできる。すなわち、最も小型の構成で加熱の均一化を促進させることができる。
【００４６】
また、マイクロ波加熱装置は、可動部が溝部の深さ方向に対して水平な時に開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値としている。
【００４７】
そして、可動部が垂直の時に開口部のインピーダンスを零または零に近い値として、かつ水平の時に開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値とするので、可動部の角度により開口部のインピーダンスを零または零に近い値から無限大または無限大に近い値の全範囲で変化させる事ができ、任意のインピーダンスでより一層加熱の均一化を促進させることができる。
【００４８】
また、マイクロ波加熱装置は、可動部が溝部の深さ方向に対して水平な時に、前記溝部内に定在波を１／２個たてることで開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値としている。
【００４９】
そして、開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値にするためには、溝部内の定在波を（２ｎ−１）／２個（ただしｎは１以上の自然数）たてれば良いが、溝部内に定在波を１／２個たてるので、最も深さの浅い溝部で開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値にできる。すなわち、最も小型の構成で加熱の均一化を促進させることができる。
【００５２】
【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。
【００５３】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１を示すマイクロ波加熱装置の概要を説明するためのブロック図である。被加熱物１を加熱室２に収納し、マイクロ波供給手段３から加熱室２にマイクロ波を供給し、加熱室２の底面４を形成する金属面に開口部５を設けている。インピーダンス可変手段６は、開口部５のインピーダンスを変更可能なもので、開口部５に接続されて終端が閉じられた溝部７の中に駆動自在な誘電体からなる可動部８を構成し、駆動手段９により可動部体８を駆動することで開口部５のインピーダンスを変更し、さまざまな加熱分布を発生させて均一化を図っている。
【００５４】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２を示し、マイクロ波加熱装置として代表的な電子レンジの要部構成断面図である。食品などに代表される被加熱物１を、加熱室２の底面４全体を覆う載置台１０上に載置し、代表的なマイクロ波供給手段であるマグネトロン１１からのマイクロ波を導波管１２を介して加熱室２に供給し、被加熱物１を加熱している。導波管１２と加熱室２の結合は給電開口部１３にて行い、マイクロ波が透過可能な給電開口カバー１４が給電開口部１３を塞いでいる。加熱室２の底面４を形成する金属面に開口部５を設け、インピーダンス可変手段６により開口部５のインピーダンスを変更可能としている。インピーダンス可変手段６は、開口部５に接続されて終端が閉じられた溝部７の中に駆動自在な低誘電損失材料の誘電体からなる可動部８を構成し、代表的な駆動手段であるステッピングモータ１５により可動部８を回転駆動させている。
【００５５】
インピーダンス可変手段６の作用については、加熱室２内のマイクロ波により、加熱室２の底面４を形成する金属面に生じる高周波電流の流れは開口部５によって流れが分断されるので、マイクロ波は開口部５に接続したインピーダンス可変手段６の溝部７内へ伝搬する。溝部７を伝搬するマイクロ波は溝部７の終端１６まで伝搬し、この終端で反射して再び開口部５を経て加熱室２内を伝搬する。溝部７内のマイクロ波伝搬経路の途中に設けた可動部８は、溝部７内のマイクロ波伝搬条件を変化させる。このマイクロ波伝搬条件を変化させることで開口部５に生じるインピーダンス値を理想的には零から無限大まで変えることができる。
【００５６】
この開口部５は高周波電流の流れを分断するように設けられており、開口部５のインピーダンスを零にすると、高周波電流の流れは分断されない。一方、開口部５のインピーダンスを無限大にすると高周波電流は全く流れなくなる。開口部５のインピーダンスの変化は、加熱室２に生じうるマイクロ波分布を変化させる。
【００５７】
また、開口部５に入射するマイクロ波の入射波と反射波との位相差は、開口部５のインピーダンスが零の場合１８０度であり、開口部５のインピーダンスが無限大の場合０度となる。従って開口部５のインピーダンスを変えることで加熱室２内にマイクロ波を多重伝搬させる事で、さまざまな加熱分布を発生させて均一化を図っている。
【００５８】
本実施例では、底面４に開口部５を設けているので、被加熱物１と近い位置でインピーダンスを変化させるので、最も効果的に加熱分布を変える事ができ、均一化を最も促進させる事ができる。
【００５９】
また本実施例では、載置台１０が底面４全体を覆うので、ターンテーブルを用いた時のようなコーナー部のデッドスペースがなく、被加熱物１をどこにでも置くことができたり、底面４と同等のサイズの被加熱物１を置いて、加熱の均一化を図る事ができる。加えて、載置台１０が開口部５を塞ぐ役割も果たすので、専用の開口部用のカバーを不要にできる。
【００６０】
また本実施例では、溝部７を開口部５から直下に伸ばすのではなく左側に折り曲げた位置に終端１６を構成している。この構成により溝部７の高さ方向の寸法を薄くできる効果がある。
【００６１】
また本実施例では、ステッピングモータ１５により可動部８を回転駆動させるので、可動部８の幅広面が終端１６に対する角度（溝部の深さ方向に対する角度）を垂直状態１７にしたり、水平状態１８にしたり、あるいは中間の角度にしたりと、容易に精度良く位置決めする事ができる。この構成により加熱分布をこまやかに変更できる効果がある。
【００６２】
さらに本実施例では、制御手段１９が、操作キーに代表されるような使用者が設定する設定手段２０により、ステッピングモータ１５による可動部８の位置制御と、マグネトロン１１からのマイクロ波の発振制御を行うものである。この構成により加熱分布と加熱出力（あるいは加熱時間）の双方を組み合わせて制御できるので、使用者の希望に合った加熱分布を実現できる効果がある。
【００６３】
（実施例３）
図３は本発明の実施例３を示すマイクロ波加熱装置の構成図である。加熱室２のｘ、ｙ、ｚ方向の電界の強いところ（定在波の腹）を破線２１ａ、２１ｂ、それぞれの電界の向きを２２ａ、２２ｂとして示しており、モードは（２０１）である。図中２３ａ、２３ｂ、２３ｃは開口部としてふさわしい位置を示しており、それぞれ定在波の節の位置と言える。開口部２３ａは、ｘ−ｚ平面の定在波の腹２１ａ、２１ｂの中間の位置なので定在波の節である。開口部２３ｂのｙ−ｚ平面と開口部２３ｃのｘ−ｙ平面には定在波の腹／節が無く、面全体が電界の節である。
【００６４】
本実施例では、開口部２３ａ、２３ｂ、２３ｃを定在波の節の位置に構成しており、開口部近傍の電界が弱いため、インピーダンス可変手段への電界の集中を避ける事ができる。従って安全性、信頼性の高い均一加熱ができる。
【００６５】
（実施例４）
図４は本発明の実施例４を示す電子レンジの要部構成断面図である。前述の実施例で示した符号と同一符号で同一機能のものについては一部説明を省略する。本実施例では、開口部５やインピーダンス可変手段６を天面に構成し、開口部５を開口カバー２４で覆う構成としている。開口部５は、被加熱物１が有る状態での天面上の定在波の腹２５ａ、２５ｂの中間に位置し、すなわち定在波の節の位置に構成していると言える。ちなみに図中のモードはｘ方向に３、ｙ方向に１である。
【００６６】
本実施例では、被加熱物１が有る状態での定在波の節の位置に開口部５を設けるので、確実にインピーダンス可変手段６への電界集中を避ける事ができる。従って安全性、信頼性の高い均一加熱ができる。
【００６７】
また本実施例では、ターンテーブル２６上に被加熱物１を載置しており、ターンテーブル２６はシャフト２７を介してモータ２８により回転駆動されている。また温度検知手段２９は被加熱物の温度分布を検出するもので、制御手段３０は、温度検出手段２９からの信号により、駆動手段９やモータ２８の駆動制御とマグネトロン１１の発振制御を行うものである。発生する温度分布を見ながら分布を変えるので、被加熱物毎に適切な均一加熱ができる。
【００６８】
（実施例５）
図５〜図７に本発明の実施例５を示す。
【００６９】
図５、図６はインピーダンス可変手段の構成図である。前述の実施例で示した符号と同一符号で同一機能のものについては一部説明を省略する。図５は可動部８の幅広面が溝部７の深さ方向に対して垂直な状態、図６は可動部８の幅広面が溝部７の深さ方向に対して水平な状態を示し、（ａ）は溝部７の幅広面を見た上面図、夫々（ｂ）は夫々の（ａ）のＡ−Ａ’縦断面図を示している。本実施例では、溝部７は直方体であり、長方形の開口部５の長辺ａ＝８０ｍｍ、短辺ｂ＝３０ｍｍのまま終端１６まで深さＬ＝４１．５ｍｍだけ引き伸ばした形状としている。また可動部８は、長辺ｃ＝７８ｍｍ、短辺ｄ＝２７ｍｍ、厚さｔ＝６．２ｍｍで、可動部８の中心は終端１６から距離ＬＢ＝２０ｍｍの位置にある。また可動部８の材料として低誘電損失のものを用いており、代表的な誘電特性は、比誘電率εｒ＝１２．３、誘電正接ｔａｎδ＝０．００３６である。以上の条件により、溝部７内に入射したマイクロ波は可動部８により反射するものと透過するものに分かれる。誘電体８を透過したものは終端１６で反射するが、再度可動部８により反射するものと透過するものに分かれる。というような現象を繰り返し、結局は溝部７内に図中の楕円形状の破線（等電界強度線図）で示したような電界分布３１、３２を発生させる。
【００７０】
図５の場合、電界分布３１は、ａ方向に１、ｂ方向に０、Ｌ方向に１の（１０１）モードの定在波になり、開口部５で電界が弱くなる。すなわち、あたかも開口部５におけるインピーダンスを零にして、入射波と反射波の位相差を１８０度としたような状態（開口部５を金属板で塞いでいるのと同じ状態）を実現しているのである。
【００７１】
一方図６の場合、電界分布３２は、ａ方向に１、ｂ方向に０、Ｌ方向には１／２の定在波になり、開口部５で電界が強くなる。これは溝部７の深さ方向へのマイクロ波の実効長が図５の２倍程に長くなったとも言える。すなわち、あたかも開口部５におけるインピーダンスを無限大にして、入射波と反射波の位相差を０としたような状態を実現しているのである。
【００７２】
本実施例においては、可動部８の幅広面が溝部７の深さ方向に対して垂直（この状態を可動部８の基準の角度０とする）の時に開口部５のインピーダンスを零とするので、可動部８の角度が０から変化するにつれて溝部内のマイクロ波の実効長が短くなっていき、開口部のインピーダンスがずれて増えていく。そして可動部８の幅広面が溝部７の深さ方向に対して水平（角度９０度）の時に開口部５のインピーダンスを無限大とするので、可動部８の角度により開口部５のインピーダンスを零から無限大の全範囲で変化させる事ができ、任意のインピーダンスでより一層加熱の均一化を促進させることができる。
【００７３】
また、開口部５のインピーダンスを零にするためには、溝部７内の定在波を１以上の自然数個たてれば良いが、溝部７内に定在波を１個たてるので、最も深さの浅い（Ｌの短い）溝部７で開口部５のインピーダンスを零にできる。同様に、開口部５のインピーダンスを無限大にするためには、溝部７内の定在波を（２ｎ−１）／２個（ただしｎは１以上の自然数）たてれば良いが、溝部７内に定在波を１／２個たてるので、最も深さの浅い（Ｌの短い）溝部７で開口部５のインピーダンスを無限大にできる。すなわち、最も小型の構成で加熱の均一化を促進させることができる。
【００７４】
さて本実施例の溝部７について、別の視点から説明を加える。溝部７をいかに小型化しようと考えても、マイクロ波が入射できるためには寸法ａ、ｂに制限がある。溝部７を長さＬの短い導波管と考えて説明すると、少なくとも長辺ａはマイクロ波の波長λｏの半分より大きくないといけない。一般の導波管では、長辺ａ方向に１、短辺ｂ方向に０なる（１０）モードを立てるために、λｏ／２＜ａ＜λｏ、ｂ＜λｏ／２に選んでいる。本実施例では、λｏ＝１２２ｍｍとおくと、６１ｍｍ＜ａ＜１２２ｍｍ、ｂ＜６１ｍｍを満たさなければならないので、ａ＝８０ｍｍ、ｂ＝３０ｍｍを選んでいる。さらに導波管内を伝搬する方向（溝の深さ方向）の管内波長λｇの定義は、長辺ａ方向の電界の強いところの数をｍ、短辺ｂ方向の電界の強いところの数をｎとすれば（数３）となる。前述の通り（１０）モードすなわちｍ＝１、ｎ＝０を採用すると（数４）となる。
【００７５】
【数３】

【００７６】
【数４】

【００７７】
よって本実施例のように、ａ＝８０ｍｍ、ｂ＝３０ｍｍならλｇ≒１８８ｍｍになる。（ただし寸法はすべて板厚を含まない内寸であり、導波管内は真空または空気層のみの場合である。）１波長につき電界の強いところが２回発生するから、逆に、導波管内を伝搬する方向（溝部７の深さ方向）に定在波モードを１つだけ立てるためには、λｇ／２≒９４ｍｍ必要となり、定在波モードを１／２だけ立てるためにはλｇ／４≒４７ｍｍ必要となる。一方、本実施例の場合、可動部８を垂直あるいは水平に用いる事で、いずれも４１．５ｍｍ、すなわちλｇ／４未満で実現できているのである。一般に導波管に限らず回転アンテナなど導体を用いてマイクロ波を扱うものは、長さは少なくとも１／４波長以上（半波長ダイポールアンテナ等は半波長）必要であり、本発明に小型化の効果がある事はあきらかである。
【００７８】
図７は、インピーダンス可変手段と導波管の構成図を示し、（ａ）はインピーダンス可変手段でＬ＝４１．５ｍｍ、（ｂ）は深さ方向に定在波モードを１／２だけ立てる導波管でＬ１＝４７ｍｍ（深さがλｇ／４）、（ｃ）は深さ方向に定在波モードを１つだけ立てる導波管でＬ２＝９４ｍｍ（深さがλｇ／２）である。
【００７９】
また導波管の場合は、開口部５のインピーダンスを変化させるためには、図７（ｂ）と（ｃ）およびその間の条件を作り出さなければならない。たとえば、（ｃ）のような深さＬ２＝９４ｍｍの導波管内に金属の反射板を入れ、開口部５からの距離を４７ｍｍ〜９４ｍｍの間で動かす事が考えられる。この場合は導波管自体が長くなるのに加えて反射板の駆動距離も大きくなってしまう。
【００８０】
本実施例は、溝部７を、深さが１／４波長に満たない導波管形状としたので、従来の回転アンテナや回転導波管の常識では考えられない極めて小さな構成で開口部のインピーダンスを変化させて、加熱の均一化を促進させることができる。
【００８１】
なお、可動部の材料として比誘電率と誘電正接の数値を示したが、この値だけに限定されるものではない。我々の実験では、誘電率εｒが７〜２０の範囲で同様の結果を確認しているし、誘電率εｒを大きくする場合は、厚さｔを薄くする事で同様の効果が得られる事も分かってきている。また誘電正接ｔａｎδについては、（数１）から明らかなように、値が小さいほどマイクロ波を吸収しにくいので、値の小さいものを選んでいるにすぎない。よって我々の実験ではアルミナ、ムライト、コージライトなどで検討はしているが、これらに限定されるものではなく、低損失誘電材料として考えうる他のセラミック系、ガラス系、さらにはこれら以外のものでも良い。
【００８２】
（実施例６）
図８は本発明の実施例６のインピーダンス可変手段の構成図である。溝部７の深さ方向の２つの定在波として、電界分布３３ａ、３３ｂを立てており、開口部５で電界が弱くなるようにしている。本実施例では、可動部８が開口部５から遠いので、加熱室内の熱が伝わりにくく、誘電率や誘電正接の温度特性の影響を抑えることができる。よって加熱分布の精度を良くすることができる。
【００８３】
（実施例７）
図９は本発明の実施例７のインピーダンス可変手段の構成図である。溝部７の深さ方向の２つの定在波としての電界分布３４ａ、３４ｂと、１／２の定在波としての電界分布３４ｃを立てており、開口部５で電界が強くなるようにしている。
【００８４】
（実施例８）
図１０は本発明の実施例８のインピーダンス可変手段の構成図である。まず誘電体からなる可動部８ａは溝部７の深さ方向に垂直（角度０度）で、その時の電界分布３５ａは定在波が１つなので開口部５のインピーダンスが零である。また可動部８ｂは垂直から角度４５度まで動かした状態で、その時の電界分布３５ｂは定在波が１／２で開口部５のインピーダンスが無限大である。さらに可動部８ｃは水平（角度９０度）で、その時の電界分布３５ｃは定在波が１／２以下で開口部５のインピーダンスは大きいが無限大ではないものである。本実施例では、開口部５のインピーダンスを零から無限大まで変えるのに９０度動かす必要はなく、４５度動かすだけで良いので、駆動エネルギーが少なくてすむ。
【００８５】
なお、上記実施例では、開口部のインピーダンスが零あるいは無限大としてきたが、実際はこれに限定するものではなく、零に近い値あるいは無限大に近い値で良い。このことについて説明を加える。
【００８６】
開口部のインピーダンスは、開口部からインピーダンス可変手段を見たインピーダンスと、開口部から加熱室を見たインピーダンスの合成のインピーダンスとなる。仮に、開口部からインピーダンス可変手段を見たインピーダンスをＺＬとし、開口部から加熱室を見たインピーダンスをＺＡとし、規格化インピーダンスＺ＝ＺＬ／ＺＡとおくと、開口部の反射係数Γは（数５）で表される。
【００８７】
【数５】

【００８８】
この反射係数Γは、加熱室内のマイクロ波が開口部を通ってインピーダンス可変手段に入る時の反射のしやすさを表しており、マイクロ波回路の分野で良く用いられる指標である。
【００８９】
まずΓ＝−１のときには、開口部があたかも金属による短絡面であるかのように振る舞うが、これを実現するためには（数５）からも明らかなようにＺＬ＝０であればよい。このＺＬ＝０が、上記実施例で述べてきたインピーダンスを零にするということに他ならない。可動部の位置によりＺＬ＝０とすれば、ＺＡによらずΓ＝−１が実現できるので理想的である。ただしＺＬが零でなくても零に近い値であればΓ≒−１にできることも容易に推定できる。ＺＬが零でない場合は、ＺＡとの関係が問題になってくる。ＺＬが零に近いというのはＺＬ＜＜ＺＡ（すなわちＺ＜＜１）ということであるが、ＺＡは加熱室やマイクロ波供給手段の設計あるいは被加熱物によって変動するので、のぞましくはＺＬ＜ＺＡ／１０（すなわちＺ＜０．１）である。また実使用上はΓ≒−０．５まで許すとして、ＺＬ＜ＺＡ／３（すなわちＺ＜０．３３）である。
【００９０】
次にΓ＝１のときには、開口部があたかも自由空間に開放されているかのように振る舞うが、これを実現するためには（数５）からも明らかなようにＺＬ＝∞であればよい。このＺＬ＝∞が、上記実施例で述べてきたインピーダンスを無限大にするということに他ならない。可動部の位置によりＺＬ＝∞とすれば、ＺＡによらずΓ＝１が実現できるので理想的である。ただしＺＬが無限大でなくても無限大に近い値であればΓ≒１にできることも容易に推定できる。ＺＬが無限大でない場合は、ＺＡとの関係が問題になってくる。ＺＬが無限大に近いというのはＺＬ＞＞ＺＡ（すなわちＺ＞＞１）ということであるが、ＺＡは前述の通り変動するので、のぞましくはＺＬ＞１０ＺＡ（すなわちＺ＞１０）である。また実使用上はΓ≒０．５まで許すとして、ＺＬ＞３ＺＡ（すなわちＺ＞３）である。
【００９１】
なお、上記実施例では溝部を直方体形状としているが、これに限定する物ではなく、円筒形状、円錐などでも良い。開口部を形成できて、溝部内にマイクロ波を伝送できさえすれば、いろいろな形状で同様のことが可能である。
【００９２】
なお、上記実施例では可動部を直方体の板状としているが、これに限定する物ではなく、楕円、卵型、筒状などでも良い。可動部の位置によって開口部のインピーダンスを変更できさえすれば、いろいろな形状で同様のことが可能である。
【００９３】
なお、上記実施例では、可動部を回転させて位置制御する例を示したが、回転のみに限定される物ではなく、往復運動でも良い。開口部のインピーダンスを変
なお、図示しないが、可動部を駆動して位置制御する場合、可動部の位置や角度を検知する手段を設ける方法がある。たとえば位置や角度を直接検出しても良いし、溝部内の電界分布を検出しても良いし、いろいろな方法が考えられる。
【００９４】
また、可動部を位置制御しなくても、一定回転や往復運動させるだけで均一になることも考えられる。
【００９５】
【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。
【００９６】
（１）開口部のインピーダンスを変えることで加熱室内にマイクロ波を多重伝搬させ、さまざまなマイクロ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。特に開口部を加熱室の底面に設けており、被加熱物と近い位置でインピーダンスを変化させるので、最も効果的に被加熱物の加熱分布を変えることができ、被加熱物全体の加熱の均一化を最も促進させることができる。
【００９７】
（２）載置台が底面全体を覆うので、ターンテーブルを用いた時のようなコーナー部のデッドスペースがなく、被加熱物をどこにでも置くことができたり、底面と同等のサイズの被加熱物を置いて、加熱の均一化を図る事ができる。加えて、載置台が開口部を塞ぐ役割をも果たすので、専用の開口部用のカバーを不要にできる。
【００９８】
（３）開口部の位置は、開口部が無い場合に加熱室内に生じる定在波の節の位置としており、定在波の節の位置では基本的に電界が弱いので、開口部の電界も弱くなり、インピーダンス可変手段への電界集中を避ける事ができる。従って安全性、信頼性の高い均一加熱ができる。
【００９９】
（４）実用的な被加熱物において加熱室内に生じる定在波の節の位置に開口部を設けるので、確実にインピーダンス可変手段への電界集中を避ける事ができる。従って安全性、信頼性の高い均一加熱ができる。
【０１００】
（５）誘電体からなる可動部の幅広面が溝部の深さ方向に対して垂直（この状態を可動部の基準の角度０とする）の時に開口部のインピーダンスを零または零に近い値とするので、可動部の角度が０から変化するにつれて溝部内のマイクロ波の実効長が短くなっていき、開口部のインピーダンスがずれて増えていく。従って開口部のインピーダンスを容易に零以上で変化させる事ができ、加熱の均一化を促進させることができる。
【０１０１】
（６）開口部のインピーダンスを零または零に近い値にするためには、溝部内の定在波を１以上の自然数個たてれば良いが、溝部内に定在波を１個たてるので、最も深さの浅い溝部で開口部のインピーダンスを零または零に近い値にできる。すなわち、最も小型の構成で加熱の均一化を促進させることができる。
【０１０２】
（７）誘電体からなる可動部が垂直の時に開口部のインピーダンスを零または零に近い値として、かつ水平の時に開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値とするので、可動部の角度により開口部のインピーダンスを零または零に近い値から無限大または無限大に近い値の全範囲で変化させる事ができ、任意のインピーダンスでより一層加熱の均一化を促進させることができる。
【０１０３】
（８）開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値にするためには、溝部内の定在波を（２ｎ−１）／２個（ただしｎは１以上の自然数）たてれば良いが、溝部内に定在波を１／２個たてるので、最も深さの浅い溝部で開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値にできる。すなわち、最も小型の構成で加熱の均一化を促進させることができる。
【０１０４】
（９）インピーダンス可変手段が、開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、溝部内の誘電体からなる可動部と、可動部を駆動する駆動手段とを有し、溝部を、深さが１／４波長に満たない導波管形状としたので、従来の回転アンテナや回転導波管の常識では考えられない極めて小さな構成で開口部のインピーダンスを変化させて、加熱の均一化を促進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のマイクロ波加熱装置のブロック図
【図２】本発明の実施例２の電子レンジの一部断面図
【図３】本発明の実施例３のマイクロ波加熱装置の構成図
【図４】本発明の実施例４の電子レンジの構成断面図
【図５】（ａ）本発明の実施例５のインピーダンス可変手段の構成上面図
（ｂ）図５（ａ）のＡ−Ａ’線断面図
【図６】（ａ）本発明の実施例５のインピーダンス可変手段の上面図
（ｂ）図６（ａ）のＡ−Ａ’線断面図
【図７】（ａ）本発明の実施例５のインピーダンス可変手段の断面図
（ｂ）同導波管の断面図
（ｃ）同導波管の断面図
【図８】（ａ）本発明の実施例６を示すインピーダンス可変手段の上面図
（ｂ）図８（ａ）のＡ−Ａ’線断面図
【図９】（ａ）本発明の実施例７を示すインピーダンス可変手段の上面図
（ｂ）図９（ａ）のＡ−Ａ’線断面図
【図１０】（ａ）本発明の実施例８を示すインピーダンス可変手段の上面図
（ｂ）図１０（ａ）のＡ−Ａ’線断面図
【符号の説明】
１被加熱物
２加熱室
３マイクロ波供給手段
４底面
５、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ開口部
６インピーダンス可変手段
７溝部
８可動部
９駆動手段
１０載置台
１１マグネトロン（マイクロ波供給手段）
１５ステッピングモータ（駆動手段）
１６終端[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a microwave heating apparatus that dielectrically heats an object to be heated using microwave energy.
[0002]
[Prior art]
There is a microwave oven as a conventional typical microwave heating apparatus. In a microwave oven, it is common to supply microwaves emitted from a magnetron to a heating chamber through a waveguide as microwave supply means. The food as the object to be heated generates heat according to the electric field component of the microwave and the dielectric constant of the food. Electric power P [W / m absorbed per unit volume of food³] Is expressed as (Equation 1) by the applied electric field strength E [V / m], the frequency f [Hz], the relative dielectric constant εr of the food, and the dielectric loss tangent tan δ.
[0003]
[Expression 1]

[0004]
Here, the microwave in the heating chamber generates some standing wave depending on the shape of the heating chamber and the position of the power supply opening formed in the coupling portion between the heating chamber and the waveguide. In the microwave oven, since the frequency f is constant (mainly about 2450 MHz), the standing wave distribution is also constant, and the heating distribution of the food is generally determined by the standing wave distribution, so that uneven heating occurs according to the standing wave distribution.
[0005]
When food is not in the heating chamber and the heating chamber is a rectangular parallelepiped, the heating chamber can be considered as a cavity resonator, and the standing wave distribution that can stand up is determined by the dimensions of the heating chamber and the position of the feed opening. be able to. Usually, when the shape of the heating chamber is represented in three dimensions and the dimensions in each direction are x, y, and z, the number of places where the electric field is strong (antinodes of standing waves) is counted in each direction. For example, the mode is (mnp). The mode is a combination of m, n, and p that satisfies (Equation 2). (X, y, z are in mm, m, n, p are integers, and when f = 2450 MHz, the wavelength λo≈122 mm)
[0006]
[Expression 2]

[0007]
For example, if the mode (431) is to be established at λo = 122 mm, x = 330 mm, y = 300 mm, z = 215 mm, etc., with dimensions almost satisfying (Equation 2) can be selected. However, in general dimensions of a microwave oven, it is normal that a plurality of modes satisfying (Expression 2) can be considered at the same time.
[0008]
  Next, the limitation of the mode depending on the position of the power supply opening will be described. When microwaves are emitted from the power supply opening to the heating chamber, a strong electric field is generated in the opposite direction that sandwiches the power supply opening. Therefore, the electric field is weak at the center of the power supply opening (standing wave node). It becomes stable. Therefore, a mode in which the center of the power supply opening becomes an antinode of the standing wave is less likely to occur, and the mode can be limited.
[0009]
  On the other hand, when there is food, it is known that deviation from (Equation 2) occurs due to the influence of wavelength compression due to the dielectric constant of the food.
[0010]
  Well, as a means to equalize the heating of the object to be heated against the standing wave distribution generated based on the principle as described above, generally, the electric wave stirring method, the object heating method, the multiple power supply method or the heating The uneven shape of the room wall surface has been put into practical use.
[0011]
  The radio wave agitation method has a configuration in which a metallic plate-shaped blade provided in a heating chamber is rotationally driven. In this method, microwaves propagating while being repeatedly reflected on the metal boundary surface forming the microwave space or the surface of the object to be heated are also reflected by the metallic plate-like blades. The reflection of the microwave from the metallic plate-like blade increases the propagation path of the microwave in the microwave space as compared with the case where there is no plate-like blade, and the microwave is applied to the entire object to be heated. Is diffused to promote uniform heating of the object to be heated.
[0012]
  The heated object rotation system is configured to rotationally drive a turntable on which the heated object is placed. In this method, the object to be heated is moved and moved with respect to the microwave propagation distribution generated in the microwave space determined by the microwave space structure and the type and shape of the object to be heated contained therein. The microwave is propagated throughout the heated object to promote uniform heating of the object to be heated.
[0013]
  The multiple power feeding method is configured to feed microwaves from a plurality of locations on the metal boundary surface forming the heating chamber. In this method, the greatest feature compared to a single power supply is that a plurality of microwaves having different phases are supplied to the heating chamber. By propagating microwaves with different phases, a diffused reflection state of microwaves is generated in the heating chamber as in the above-described radio wave stirring method.
[0014]
  The uneven shape method of the heating chamber wall surface has a configuration in which unevenness is provided on the metal boundary surface forming the heating chamber. In this system, microwaves are diffusely reflected by a metal interface having irregularities.
[0015]
  Furthermore, as another method for achieving uniform heating, there is a method of detecting some information that can estimate the heating distribution and controlling the microwave radiation direction according to the detection result.
[0016]
  Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-321378 has a turntable and a rotating antenna (or rotating waveguide) under the turntable, and controls each position based on the detection result of the temperature and weight of the object to be heated. An example of doing is shown.
[0017]
  Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-172750 discloses an example in which an arbitrary part can be heated by switching a plurality of radiation antennas and performing position control without a turntable based on the same detection result. .
[0018]
  In these two examples, since the directing microwave radiation means is controlled so as to compensate for the heating unevenness generated by the microwave, the effect of uniformization is extremely high.
[0019]
  In addition, there is a variable matching method as a means for improving the efficiency of heating the object to be heated.
[0020]
  In the variable matching method, when microwaves radiated from the magnetron are supplied to the heating chamber via the waveguide, a variable matching element is arranged in the waveguide, and information on the object to be heated (based on operation keys and detection means ( The amount, size, shape, etc.) are estimated, and the position of the variable matching element is controlled so that the best matching can be obtained (reflecting the microwave to the magnetron is minimized and transmitting it efficiently to the heating chamber). is there.
[0021]
  Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-266976 discloses an example in which a post-like variable matching element is translated in a waveguide disposed on the upper surface of a heating chamber to control the position.
[0022]
  Japanese Patent Laid-Open No. 6-104078 shows an example in which the position of a variable matching element made of a metal plate is controlled by rotating or stopping in a waveguide disposed on the upper surface of a heating chamber.
[0023]
[Problems to be solved by the invention]
  However, the conventional microwave stirring type microwave space has a physical limit to uniformly diffusely reflect the microwave reflected by the metal plate blades into the microwave space. 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, there is a problem that it is difficult to suppress the occurrence of unexpected and uneven heating distribution.
[0024]
  In the heated object rotation method, the microwave distribution generated in the microwave space is naturally determined by the type and amount of the heated object. Even if it is unsuitable for heating a heated object uniformly, the electromagnetic wave distribution cannot be changed.
[0025]
  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 space. Therefore, depending on the type and amount of the object to be heated, unexpected and uneven There was a problem that it was difficult to suppress the occurrence of heating distribution.
[0026]
  In addition, the uneven structure on the wall surface of the microwave space is provided with unevenness such as a so-called golf ball dimple on the entire wall surface in order to generate irregular reflection in the microwave space that can promote uniform heating of the object to be heated. At the same time, it is necessary to make the depth dimension or the protruding dimension of the dimples a dimension that cannot be ignored with respect to the wavelength of the microwave to be used, for example, 1/10 wavelength dimension or more. As a result, there is a problem that the configuration of the microwave space is complicated and a configuration that is difficult for practical use is forced.
[0027]
  In addition, it is ideal in terms of uniform heating to detect some information that can estimate the heating distribution and control the microwave radiation direction according to the detection result. However, in order to control the direction of microwave radiation, a turntable, a rotating antenna, or a rotating waveguide must be combined or used in plurality. Further, when a microwave is supplied by configuring a rotating antenna or a rotating waveguide using a conductor, the length needs to be at least 1/4 wavelength (half-wave dipole antenna or the like is half-wave), and the rotating antenna In addition, a configuration for supplying power to the rotating waveguide is also necessary. In addition, since a means for radiating microwaves with large energy is driven, a device for ensuring safety and reliability (for example, to prevent sparks, the distance between the antenna and the heating chamber wall surface is taken into account). It must be necessary). Therefore, there is a problem that the configuration is large and complicated. Similarly, there has been a problem that it takes time and effort to secure safety and reliability.
[0028]
  Furthermore, in the variable matching method, in order to prevent the microwave from being reflected between the magnetron and the heating chamber and returning to the magnetron, a variable matching element must be disposed between the magnetron and the heating chamber (in the waveguide). Don't be. And since the efficiency of heating is achieved by controlling the position of the variable matching element according to the object to be heated, in order to obtain information about the object to be heated, the position must be controlled in conjunction with operation keys and detection means. Don't be. Furthermore, the variable matching method can change the amount of microwaves transmitted from the magnetron into the heating chamber as a fundamental problem, but it does not change the heating distribution, and the heating distribution cannot be made uniform. Had a problem.
[0029]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-described problems, a microwave heating apparatus according to the present invention includes a heating chamber that houses an object to be heated, a waveguide, and a microwave supply that supplies microwaves to the heating chamber via the waveguide. A microwave heating apparatus comprising: means; an opening provided in a metal surface forming a bottom surface of the heating chamber; and an impedance variable means capable of changing an impedance of the opening, wherein the impedance variable means includes the opening A groove part connected to the part and closed at the end, and in the groove partA movable portion made of a dielectric disposed on the substrate, and a driving means for driving the movable portion, depending on the position of the movable portion.Change the propagation condition of the microwave propagating in the grooveTherefore, the groove is a substantially rectangular parallelepiped and has a waveguide shape capable of transmitting the (10) mode, and the width a of the groove is λ / 2 <a <λ with respect to the wavelength λ of the microwave, and the height of the groove b is b <λ / 2, and the depth L of the groove is L <λg / 4 with respect to the guide wavelength λg when the groove is considered as a waveguide.ing.
[0030]
  According to the above invention, the flow of the high-frequency current generated on the metal surface forming the heating chamber is divided by the opening due to the microwave supplied from the microwave supply means to the heating chamber. Propagating into the groove of the impedance variable means connected to. The microwave propagating through the groove propagates to the end of the groove, is reflected at the end, and propagates again through the opening through the opening. The movable part made of a dielectric provided in the middle of the microwave propagation path in the groove changes the microwave propagation condition in the groove. By changing the microwave propagation condition, the impedance value generated in the opening can be changed from zero to ideally infinite.
[0031]
  The opening is provided so as to divide the flow of the high-frequency current. When the impedance of the opening is made zero, the flow of the high-frequency current is not divided. On the other hand, when the impedance of the opening is infinite, no high-frequency current flows. Changes in the impedance of the opening change the microwave distribution that can occur in the heating chamber. The phase difference between the incident wave and the reflected wave of the microwave incident on the opening is 180 degrees when the impedance of the opening is zero, and 0 degrees when the impedance of the opening is infinite. Therefore, by changing the impedance of the opening, it is possible to propagate the microwaves in the heating chamber to form various microwave distributions, and to promote uniform heating of the entire object to be heated. Particularly in the present invention, the opening is provided on the bottom surface of the heating chamber, and the impedance is changed at a position close to the object to be heated, so that the heating distribution of the object to be heated can be changed most effectively, and the entire object to be heated is changed. The most uniform heating can be promoted.The impedance variable means has a groove portion connected to the opening and closed at the end, a movable portion made of a dielectric in the groove portion, and a drive means for driving the movable portion. Since the waveguide shape is less than ¼ wavelength, the impedance of the opening is changed with an extremely small configuration that cannot be thought of by the common sense of conventional rotating antennas and rotating waveguides to promote uniform heating. be able to.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  A microwave heating apparatus according to the present invention includes a heating chamber that houses an object to be heated, a waveguide, a microwave supply unit that supplies microwaves to the heating chamber via the waveguide, A microwave heating apparatus having an opening provided in a metal surface forming a bottom surface and impedance varying means capable of changing impedance of the opening, wherein the impedance varying means is connected to the opening and has a termination. A closed groove, andA movable portion made of a dielectric disposed in the groove, and a driving means for driving the movable portion, depending on the position of the movable portion;Change the propagation condition of the microwave propagating in the grooveTherefore, the groove is a substantially rectangular parallelepiped and has a waveguide shape capable of transmitting the (10) mode, and the width a of the groove is λ / 2 <a <λ with respect to the wavelength λ of the microwave, and the height of the groove b is b <λ / 2, and the depth L of the groove is L <λg / 4 with respect to the guide wavelength λg when the groove is considered as a waveguide..
[0033]
  Since the flow of high-frequency current generated on the metal surface forming the heating chamber is divided by the opening due to the microwave supplied from the microwave supply means to the heating chamber, the microwave has an impedance connected to the opening. Propagates into the groove of the variable means. The microwave propagating through the groove propagates to the end of the groove, is reflected at the end, and propagates again through the opening through the opening. The movable part provided in the middle of the microwave propagation path in the groove changes the microwave propagation condition in the groove. By changing the microwave propagation condition, the impedance value generated in the opening can be changed from zero to ideally infinite.
[0034]
  The opening is provided so as to divide the flow of the high-frequency current. When the impedance of the opening is made zero, the flow of the high-frequency current is not divided. On the other hand, when the impedance of the opening is infinite, no high-frequency current flows. The change in impedance of the opening changes the microwave distribution generated in the heating chamber. The phase difference between the incident wave and the reflected wave of the microwave incident on the opening is 180 degrees when the impedance of the opening is zero, and 0 degrees when the impedance of the opening is infinite.
[0035]
  Therefore, by changing the impedance of the opening, it is possible to propagate the microwaves in the heating chamber to form various microwave distributions, and to promote uniform heating of the entire object to be heated. Particularly in the present invention, the opening is provided on the bottom surface of the heating chamber, and the impedance is changed at a position close to the object to be heated, so that the heating distribution of the object to be heated can be changed most effectively, and the entire object to be heated is changed. The most uniform heating can be promoted.The impedance variable means has a groove portion connected to the opening and closed at the end, a movable portion made of a dielectric in the groove portion, and a drive means for driving the movable portion. Since the waveguide shape is less than ¼ wavelength, the impedance of the opening is changed with an extremely small configuration that cannot be thought of by the common sense of conventional rotating antennas and rotating waveguides to promote uniform heating. be able to.
[0036]
  Further, the microwave heating apparatus has a mounting table for mounting an object to be heated that covers the entire bottom surface of the heating chamber on the opening.
[0037]
  And since the mounting table covers the entire bottom surface, there is no dead space in the corner as when using a turntable, and the object to be heated can be placed anywhere, or the object to be heated is the same size as the bottom surface. It is possible to make the heating uniform. In addition, since the mounting table plays a role of closing the opening, a dedicated cover for the opening can be eliminated.
[0038]
  Further, the microwave heating apparatus includes a heating chamber for storing an object to be heated, microwave supply means for supplying microwaves to the heating chamber, an opening provided on a metal surface forming the heating chamber, and the opening Impedance variable means capable of changing the impedance of the part, and the position of the opening is a position of a node of a standing wave generated in the heating chamber when there is no opening.
[0039]
  The position of the opening is a position of a node of a standing wave generated in the heating chamber when there is no opening. Since the electric field is basically weak at the position of the node of the standing wave, the electric field of the opening is also weak. Thus, electric field concentration on the impedance variable means can be avoided. Therefore, uniform heating with high safety and reliability can be achieved.
[0040]
  In the microwave heating apparatus according to the fourth aspect, the position of the opening is a position of a node of a standing wave generated in the heating chamber when there is no opening in a practical object to be heated.
[0041]
  The standing wave may vary depending on the size, shape, and dielectric characteristics of the object to be heated, but an opening is provided at the node of the standing wave generated in the heating chamber in a practical object to be heated. Thus, it is possible to reliably avoid electric field concentration on the impedance variable means. Therefore, uniform heating with high safety and reliability can be achieved.
[0042]
  The microwave heating deviceThe moving part isPlate-shaped dielectric that can rotate in the grooveAnd the driving means drives the dielectric to rotate,When the wide surface of the dielectric is perpendicular to the depth direction of the groove, the impedance of the opening is zero or a value close to zero.
[0043]
  When the movable part is perpendicular to the depth direction of the groove part (this state is set to a reference angle 0 of the movable part), the impedance of the opening is set to zero or a value close to zero. As the value changes from 0, the effective length of the microwave in the groove is shortened, and the impedance of the opening is shifted and increased. Therefore, the impedance of the opening can be easily changed to zero or more, and uniform heating can be promoted.
[0044]
  Further, the microwave heating device sets the impedance of the opening to zero or a value close to zero by creating one standing wave in the groove when the movable part is perpendicular to the depth direction of the groove. .
[0045]
  Then, in order to make the impedance of the opening portion zero or a value close to zero, it is sufficient to create one or more standing waves in the groove portion. However, since one standing wave is formed in the groove portion, The impedance of the opening can be made zero or a value close to zero in the shallow groove portion. That is, uniform heating can be promoted with the smallest configuration.
[0046]
  In the microwave heating apparatus, the impedance of the opening is set to infinity or a value close to infinity when the movable part is horizontal with respect to the depth direction of the groove.
[0047]
  Since the impedance of the opening is zero or a value close to zero when the movable part is vertical, and the impedance of the opening is set to infinity or a value close to infinity when the movable part is horizontal, the impedance of the opening depends on the angle of the movable part. The impedance can be changed over the entire range from zero or a value close to zero to infinity or a value close to infinity, and uniform heating can be further promoted with an arbitrary impedance.
[0048]
  Further, the microwave heating device makes the impedance of the opening infinite or infinite by creating a half standing wave in the groove when the movable part is horizontal with respect to the depth direction of the groove. The value is close.
[0049]
  And, in order to make the impedance of the opening portion infinite or a value close to infinity, (2n-1) / 2 standing waves in the groove portion (where n is a natural number of 1 or more) may be generated. Since ½ standing waves are generated in the groove, the impedance of the opening can be made infinite or close to infinity at the shallowest groove. That is, uniform heating can be promoted with the smallest configuration.
[0052]
【Example】
  Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0053]
  Example 1
  FIG. 1 is a block diagram for explaining the outline of a microwave heating apparatus showing Embodiment 1 of the present invention. The object to be heated 1 is accommodated in the heating chamber 2, microwaves are supplied from the microwave supply means 3 to the heating chamber 2, and an opening 5 is provided on the metal surface forming the bottom surface 4 of the heating chamber 2. The impedance variable means 6 is capable of changing the impedance of the opening 5 and constitutes a movable portion 8 made of a driveable dielectric in a groove portion 7 connected to the opening 5 and closed at the end, and driven. By driving the movable body 8 by means 9, the impedance of the opening 5 is changed, and various heating distributions are generated to achieve uniformity.
[0054]
  (Example 2)
  FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of the main part of a typical microwave oven as a microwave heating device. A heated object 1 typified by food or the like is placed on a mounting table 10 that covers the entire bottom surface 4 of the heating chamber 2, and microwaves from a magnetron 11 that is a typical microwave supply means are guided through a waveguide 12. Is supplied to the heating chamber 2 to heat the article 1 to be heated. The waveguide 12 and the heating chamber 2 are coupled to each other at the power supply opening 13, and a power supply opening cover 14 that can transmit microwaves closes the power supply opening 13. An opening 5 is provided on the metal surface forming the bottom surface 4 of the heating chamber 2, and the impedance of the opening 5 can be changed by the impedance varying means 6. The impedance variable means 6 comprises a movable part 8 made of a dielectric material of a low dielectric loss material that can be driven in a groove part 7 connected to the opening part 5 and closed at the end, and is a stepping means that is a typical driving means. The movable part 8 is driven to rotate by the motor 15.
[0055]
  Regarding the action of the impedance varying means 6, since the flow of the high-frequency current generated on the metal surface forming the bottom surface 4 of the heating chamber 2 is divided by the opening 5 by the microwave in the heating chamber 2, the microwave is It propagates into the groove 7 of the impedance variable means 6 connected to the opening 5. The microwave propagating through the groove portion 7 propagates to the end 16 of the groove portion 7, is reflected at this end, and propagates again through the opening 5 through the heating chamber 2. The movable part 8 provided in the middle of the microwave propagation path in the groove part 7 changes the microwave propagation condition in the groove part 7. By changing the microwave propagation condition, the impedance value generated in the opening 5 can ideally be changed from zero to infinity.
[0056]
  The opening 5 is provided so as to divide the flow of the high-frequency current. When the impedance of the opening 5 is made zero, the flow of the high-frequency current is not divided. On the other hand, if the impedance of the opening 5 is infinite, no high-frequency current flows. The change in impedance of the opening 5 changes the microwave distribution that can occur in the heating chamber 2.
[0057]
  The phase difference between the incident wave and the reflected wave of the microwave incident on the opening 5 is 180 degrees when the impedance of the opening 5 is zero, and 0 degrees when the impedance of the opening 5 is infinite. . Therefore, by changing the impedance of the opening 5 to cause multiple propagation of microwaves in the heating chamber 2, various heating distributions are generated and uniformized.
[0058]
  In this embodiment, since the opening 5 is provided on the bottom surface 4, the impedance is changed at a position close to the object 1 to be heated, so that the heating distribution can be changed most effectively and the homogenization is most promoted. Can do.
[0059]
  Further, in this embodiment, since the mounting table 10 covers the entire bottom surface 4, there is no dead space at the corner as in the case of using a turntable, and the heated object 1 can be placed anywhere. It is possible to make the heating uniform by placing the object to be heated 1 of the same size. In addition, since the mounting table 10 also plays a role of closing the opening 5, a dedicated opening cover can be eliminated.
[0060]
  Further, in this embodiment, the terminal end 16 is formed at a position where the groove portion 7 is bent to the left instead of extending directly from the opening 5. This configuration has the effect of reducing the height dimension of the groove 7.
[0061]
  In this embodiment, since the movable portion 8 is rotationally driven by the stepping motor 15, the wide surface of the movable portion 8 makes the angle with respect to the terminal end 16 (angle with respect to the depth direction of the groove portion) a vertical state 17 or a horizontal state 18. Positioning at an intermediate angle can be easily performed with high accuracy. With this configuration, there is an effect that the heating distribution can be changed finely.
[0062]
  Further, in this embodiment, the control means 19 controls the position of the movable portion 8 by the stepping motor 15 and the microwave oscillation control from the magnetron 11 by the setting means 20 set by the user as represented by the operation key. Is to do. With this configuration, since both the heating distribution and the heating output (or heating time) can be controlled in combination, there is an effect that a heating distribution meeting the user's wish can be realized.
[0063]
  (Example 3)
  FIG. 3 is a configuration diagram of a microwave heating apparatus showing Embodiment 3 of the present invention. The places where the electric field in the x, y and z directions of the heating chamber 2 is strong (antinodes of standing waves) are indicated by broken lines 21a and 21b, the directions of the respective electric fields are indicated by 22a and 22b, and the mode is (201). In the figure, 23a, 23b, and 23c indicate positions suitable as openings, and can be said to be the positions of nodes of standing waves. The opening 23a is a node of the standing wave because it is in the middle of the antinodes 21a and 21b of the standing wave on the xz plane. There is no antinode / node of the standing wave on the yz plane of the opening 23b and the xy plane of the opening 23c, and the entire surface is a node of the electric field.
[0064]
  In this embodiment, the openings 23a, 23b, and 23c are configured at the positions of the standing wave nodes, and the electric field in the vicinity of the opening is weak, so that concentration of the electric field on the impedance variable means can be avoided. Therefore, uniform heating with high safety and reliability can be achieved.
[0065]
  Example 4
  FIG. 4 is a cross-sectional view showing the principal part of a microwave oven according to Embodiment 4 of the present invention. A part of the same reference numerals and functions as those shown in the previous embodiment will be omitted. In this embodiment, the opening 5 and the impedance varying means 6 are configured on the top surface, and the opening 5 is covered with the opening cover 24. It can be said that the opening 5 is located in the middle of the antinodes 25a and 25b of the standing wave on the top surface in the state where the object to be heated 1 is present, that is, is configured at the position of the node of the standing wave. Incidentally, the mode in the figure is 3 in the x direction and 1 in the y direction.
[0066]
  In this embodiment, since the opening 5 is provided at the position of the node of the standing wave in the state where the object to be heated 1 is present, the electric field concentration on the impedance varying means 6 can be surely avoided. Therefore, uniform heating with high safety and reliability can be achieved.
[0067]
  In this embodiment, the object to be heated 1 is placed on the turntable 26, and the turntable 26 is rotationally driven by a motor 28 via a shaft 27. The temperature detection means 29 detects the temperature distribution of the object to be heated, and the control means 30 performs drive control of the drive means 9 and motor 28 and oscillation control of the magnetron 11 based on a signal from the temperature detection means 29. It is. Since the distribution is changed while observing the generated temperature distribution, appropriate uniform heating can be performed for each object to be heated.
[0068]
  (Example 5)
  5 to 7 show a fifth embodiment of the present invention.
[0069]
  5 and 6 are configuration diagrams of the impedance variable means. A part of the same reference numerals and functions as those shown in the previous embodiment will be omitted. 5 shows a state in which the wide surface of the movable portion 8 is perpendicular to the depth direction of the groove portion 7, and FIG. 6 shows a state in which the wide surface of the movable portion 8 is horizontal to the depth direction of the groove portion 7. ) Is a top view of the groove 7 as viewed from the wide surface, and (b) is a longitudinal sectional view taken along line AA ′ of (a). In this embodiment, the groove 7 is a rectangular parallelepiped, and has a shape in which the long side a = 80 mm and the short side b = 30 mm of the rectangular opening 5 are extended to the end 16 by a depth L = 41.5 mm. The movable part 8 has a long side c = 78 mm, a short side d = 27 mm, a thickness t = 6.2 mm, and the center of the movable part 8 is located at a distance LB = 20 mm from the terminal end 16. A material having a low dielectric loss is used as the material of the movable portion 8, and typical dielectric characteristics are a relative dielectric constant εr = 12.3 and a dielectric loss tangent tan δ = 0.0001. Under the above conditions, the microwave incident into the groove portion 7 is divided into one that is reflected by the movable portion 8 and one that is transmitted. The material that has passed through the dielectric 8 is reflected at the terminal end 16, but is again divided into one that is reflected by the movable portion 8 and another that is transmitted. Such a phenomenon is repeated, and eventually, electric field distributions 31 and 32 are generated in the groove portion 7 as indicated by elliptical broken lines (equal electric field strength diagram) in the figure.
[0070]
  In the case of FIG. 5, the electric field distribution 31 is a (101) mode standing wave of 1 in the a direction, 0 in the b direction, and 1 in the L direction, and the electric field becomes weak at the opening 5. That is, it is realized that the impedance at the opening 5 is zero and the phase difference between the incident wave and the reflected wave is 180 degrees (the same state as when the opening 5 is closed with a metal plate). It is.
[0071]
  On the other hand, in the case of FIG. 6, the electric field distribution 32 becomes a standing wave of 1 in the a direction, 0 in the b direction, and 1/2 in the L direction, and the electric field becomes strong at the opening 5. It can also be said that the effective length of the microwave in the depth direction of the groove portion 7 is about twice as long as that in FIG. That is, the state is realized as if the impedance at the opening 5 is infinite and the phase difference between the incident wave and the reflected wave is zero.
[0072]
  In this embodiment, the impedance of the opening 5 is zero when the wide surface of the movable portion 8 is perpendicular to the depth direction of the groove portion 7 (this state is defined as the reference angle 0 of the movable portion 8). As the angle of the movable portion 8 changes from 0, the effective length of the microwave in the groove portion becomes shorter, and the impedance of the opening portion increases and shifts. Since the impedance of the opening 5 is infinite when the wide surface of the movable portion 8 is horizontal (angle 90 degrees) with respect to the depth direction of the groove portion 7, the impedance of the opening 5 is made zero by the angle of the movable portion 8. Can be changed over the entire range from 1 to infinity, and uniform heating can be further promoted with an arbitrary impedance.
[0073]
  Further, in order to make the impedance of the opening 5 zero, it is only necessary to create one or more natural standing waves in the groove 7, but since one standing wave is created in the groove 7, the depth is the deepest. The impedance of the opening 5 can be made zero by the shallow groove 7 (short L). Similarly, in order to make the impedance of the opening 5 infinite, (2n-1) / 2 standing waves in the groove 7 (where n is a natural number of 1 or more) may be generated. Since the standing wave is ½, the impedance of the opening 5 can be made infinite at the shallowest (short L) groove 7. That is, uniform heating can be promoted with the smallest configuration.
[0074]
  Now, the groove portion 7 of the present embodiment will be described from another viewpoint. No matter how much the groove portion 7 is to be miniaturized, there are limitations on the dimensions a and b in order to allow microwaves to enter. If the groove portion 7 is described as a waveguide having a short length L, at least the long side a must be larger than half the wavelength λo of the microwave. In a general waveguide, λo / 2 <a <λo and b <λo / 2 are selected in order to establish a (10) mode of 1 in the long side a direction and 0 in the short side b direction. In this embodiment, if λo = 122 mm, 61 mm <a <122 mm and b <61 mm must be satisfied, so a = 80 mm and b = 30 mm are selected. Furthermore, the definition of the in-tube wavelength λg in the direction of propagation in the waveguide (groove depth direction) is defined as m indicating the number of strong electric fields in the direction of the long side a and n indicating the number of strong electric fields in the direction of the short side b. (Equation 3) As described above, when the (10) mode, that is, m = 1 and n = 0 is adopted, (Expression 4) is obtained.
[0075]
[Equation 3]

[0076]
[Expression 4]

[0077]
  Therefore, as in this embodiment, when a = 80 mm and b = 30 mm, λg≈188 mm. (However, the dimensions are all internal dimensions that do not include the plate thickness, and the inside of the waveguide is only in the case of a vacuum or an air layer.) Since the place where the electric field is strong per wavelength is generated twice, the inside of the waveguide is reversed. In order to establish only one standing wave mode in the propagation direction (depth direction of the groove portion 7), λg / 2≈94 mm is required, and to establish the standing wave mode by 1/2, λg / 4≈ 47mm is required. On the other hand, in the case of the present embodiment, by using the movable portion 8 vertically or horizontally, both can be realized at 41.5 mm, that is, less than λg / 4. In general, not only a waveguide but also a microwave antenna using a conductor such as a rotating antenna needs to have a length of at least 1/4 wavelength (half-wave dipole antenna or the like is half-wavelength). It is clear that there is an effect.
[0078]
  FIG. 7 shows a configuration diagram of the impedance variable means and the waveguide. (A) is an impedance variable means, L = 41.5 mm, and (b) is a guide that sets the standing wave mode by 1/2 in the depth direction. In the wave tube, L1 = 47 mm (depth is λg / 4), and (c) is a waveguide that stands only one standing wave mode in the depth direction, and L2 = 94 mm (depth is λg / 2).
[0079]
  In the case of a waveguide, in order to change the impedance of the opening 5, it is necessary to create the conditions shown in FIGS. For example, it is conceivable to place a metal reflector in a waveguide having a depth L2 = 94 mm as shown in FIG. 5C and move the distance from the opening 5 between 47 mm and 94 mm. In this case, in addition to the waveguide itself becoming longer, the driving distance of the reflector is also increased.
[0080]
  In the present embodiment, since the groove portion 7 has a waveguide shape whose depth is less than ¼ wavelength, the impedance of the opening portion is extremely small and cannot be considered by the common sense of conventional rotating antennas and rotating waveguides. Can be changed to promote uniform heating.
[0081]
  In addition, although the numerical value of the dielectric constant and the dielectric loss tangent was shown as a material of a movable part, it is not limited only to this value. In our experiment, the same result was confirmed when the dielectric constant εr was in the range of 7 to 20, and when the dielectric constant εr was increased, the same effect could be obtained by reducing the thickness t. I know. As is clear from (Equation 1), the smaller the value of the dielectric loss tangent tan δ, the more difficult it is to absorb microwaves. Therefore, in our experiments, we are studying with alumina, mullite, cordierite, etc., but not limited to these, other ceramics, glass systems and other things that can be considered as low loss dielectric materials But it ’s okay.
[0082]
  (Example 6)
  FIG. 8 is a block diagram of the impedance varying means according to the sixth embodiment of the present invention. As two standing waves in the depth direction of the groove 7, electric field distributions 33 a and 33 b are set up so that the electric field is weakened at the opening 5. In the present embodiment, since the movable portion 8 is far from the opening 5, heat in the heating chamber is hardly transmitted, and the influence of the temperature characteristics of dielectric constant and dielectric loss tangent can be suppressed. Therefore, the accuracy of the heating distribution can be improved.
[0083]
  (Example 7)
  FIG. 9 is a block diagram of the impedance varying means according to the seventh embodiment of the present invention. Electric field distributions 34a and 34b as two standing waves in the depth direction of the groove 7 and an electric field distribution 34c as a ½ standing wave are set up so that the electric field is strengthened at the opening 5. .
[0084]
  (Example 8)
  FIG. 10 is a block diagram of the impedance variable means of the eighth embodiment of the present invention. First, the movable part 8a made of a dielectric is perpendicular to the depth direction of the groove part 7 (angle 0 degree), and the electric field distribution 35a at that time has one standing wave, so the impedance of the opening 5 is zero. The movable portion 8b is moved from the vertical to an angle of 45 degrees, and the electric field distribution 35b at that time has a standing wave of 1/2 and the impedance of the opening 5 is infinite. Further, the movable part 8c is horizontal (angle 90 degrees), and the electric field distribution 35c at that time is such that the standing wave is 1/2 or less and the impedance of the opening 5 is large but not infinite. In this embodiment, it is not necessary to move 90 degrees in order to change the impedance of the opening 5 from zero to infinity, and it is only necessary to move 45 degrees.
[0085]
  In the above embodiment, the impedance of the opening has been set to zero or infinity. However, the present invention is not limited to this and may be a value close to zero or a value close to infinity. This will be explained further.
[0086]
  The impedance of the opening is a combined impedance of the impedance when the impedance variable means is viewed from the opening and the impedance when the heating chamber is viewed from the opening. If the impedance when the impedance variable means is viewed from the opening is ZL, the impedance when the heating chamber is viewed from the opening is ZA, and the normalized impedance Z = ZL / ZA, the reflection coefficient Γ of the opening is (several 5).
[0087]
[Equation 5]

[0088]
  This reflection coefficient Γ represents the ease of reflection when the microwave in the heating chamber enters the impedance variable means through the opening, and is an index often used in the field of microwave circuits.
[0089]
  First, when Γ = −1, the opening behaves as if it is a short-circuited surface made of metal. In order to realize this, ZL = 0 may be used as is clear from (Equation 5). This ZL = 0 is nothing but the impedance described in the above embodiment is zero. If ZL = 0 according to the position of the movable part, Γ = −1 can be realized regardless of ZA, which is ideal. However, even if ZL is not zero, it can be easily estimated that Γ≈−1 if the value is close to zero. When ZL is not zero, the relationship with ZA becomes a problem. The fact that ZL is close to zero means ZL << ZA (that is, Z << 1). However, since ZA varies depending on the design of the heating chamber and microwave supply means or the object to be heated, ZL <ZA / 10 (ie Z <0.1). In actual use, assuming that Γ≈−0.5, ZL <ZA / 3 (that is, Z <0.33).
[0090]
  Next, when Γ = 1, the opening behaves as if it is open to free space, but in order to realize this, it is sufficient if ZL = ∞ as is clear from (Equation 5). This ZL = ∞ is none other than making the impedance described in the above embodiments infinite. If ZL = ∞ depending on the position of the movable part, Γ = 1 can be realized regardless of ZA, which is ideal. However, even if ZL is not infinite, if it is a value close to infinity, Γ≈1 can be easily estimated. When ZL is not infinite, the relationship with ZA becomes a problem. The fact that ZL is close to infinity means that ZL >> ZA (ie, Z >> 1). However, since ZA varies as described above, it is preferable that ZL> 10ZA (ie, Z> 10). is there. In actual use, assuming that Γ≈0.5, ZL> 3ZA (that is, Z> 3).
[0091]
  In the above-described embodiment, the groove portion has a rectangular parallelepiped shape, but is not limited thereto, and may be a cylindrical shape, a cone, or the like. As long as the opening can be formed and microwaves can be transmitted into the groove, the same can be achieved in various shapes.
[0092]
  In the above-described embodiment, the movable portion is a rectangular parallelepiped plate shape, but is not limited to this, and may be an ellipse, an egg shape, a cylindrical shape, or the like. As long as the impedance of the opening can be changed depending on the position of the movable part, the same can be achieved with various shapes.
[0093]
  In the above embodiment, an example is shown in which the position is controlled by rotating the movable part. However, the present invention is not limited to rotation only, and may be reciprocating. Change the impedance of the opening
  Although not shown, when the position is controlled by driving the movable part, there is a method of providing means for detecting the position and angle of the movable part. For example, the position and angle may be directly detected, the electric field distribution in the groove may be detected, and various methods are conceivable.
[0094]
  Further, it is conceivable that even if the position of the movable part is not controlled, it is uniform only by a constant rotation or reciprocation.
[0095]
【The invention's effect】
  As described above, the present invention has the following effects.
[0096]
  (1) By changing the impedance of the opening, it is possible to propagate the microwaves in the heating chamber to form various microwave distributions, and to promote uniform heating of the entire object to be heated. In particular, the opening is provided on the bottom of the heating chamber, and the impedance is changed at a position close to the object to be heated, so the heating distribution of the object to be heated can be changed most effectively, and the heating of the entire object to be heated is uniform. Can be promoted most.
[0097]
  (2) Since the mounting table covers the entire bottom surface, there is no dead space at the corners when using a turntable, and the object to be heated can be placed anywhere, or the object to be heated is the same size as the bottom surface. The heating can be made uniform. In addition, since the mounting table plays a role of closing the opening, a dedicated cover for the opening can be eliminated.
[0098]
  (3) The position of the opening is the position of a node of the standing wave that is generated in the heating chamber when there is no opening, and the electric field is basically weak at the position of the node of the standing wave. It becomes weaker and electric field concentration on the impedance variable means can be avoided. Therefore, uniform heating with high safety and reliability can be achieved.
[0099]
  (4) Since an opening is provided at the position of a node of a standing wave generated in the heating chamber in a practical object to be heated, electric field concentration on the impedance variable means can be surely avoided. Therefore, uniform heating with high safety and reliability can be achieved.
[0100]
  (5) When the wide surface of the movable portion made of a dielectric is perpendicular to the depth direction of the groove portion (this state is defined as a reference angle 0 of the movable portion), the impedance of the opening portion is set to zero or a value close to zero. Therefore, as the angle of the movable portion changes from 0, the effective length of the microwave in the groove portion is shortened, and the impedance of the opening portion is shifted and increased. Therefore, the impedance of the opening can be easily changed to zero or more, and uniform heating can be promoted.
[0101]
  (6) In order to set the impedance of the opening to zero or a value close to zero, it is only necessary to create one or more natural standing waves in the groove. However, since one standing wave is created in the groove, The impedance of the opening can be made zero or close to zero at the shallowest groove. That is, uniform heating can be promoted with the smallest configuration.
[0102]
  (7) Since the impedance of the opening is set to zero or a value close to zero when the movable part made of a dielectric is vertical, and the impedance of the opening is set to infinity or a value close to infinity when the horizontal is horizontal, The impedance of the opening can be changed over the entire range from zero or a value close to zero to an infinite value or a value close to infinity depending on the angle, and uniform heating can be further promoted with an arbitrary impedance.
[0103]
  (8) In order to set the impedance of the opening to infinity or a value close to infinity, (2n-1) / 2 standing waves in the groove (where n is a natural number of 1 or more) may be generated. Since ½ standing waves are generated in the groove, the impedance of the opening can be made infinite or close to infinity at the shallowest groove. That is, uniform heating can be promoted with the smallest configuration.
[0104]
  (9) The impedance varying means has a groove portion connected to the opening and closed at the end, a movable portion made of a dielectric in the groove portion, and a drive means for driving the movable portion, and the groove portion is formed to a depth. Since the shape of the waveguide is less than ¼ wavelength, the impedance of the opening is changed with an extremely small configuration that cannot be thought of by the common sense of conventional rotating antennas and rotating waveguides to promote uniform heating. Can be made.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a microwave heating apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a microwave oven according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a microwave heating apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a structural cross-sectional view of a microwave oven according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5A is a top view of the configuration of impedance varying means according to the fifth embodiment of the present invention.
  (B) A-A 'line cross-sectional view of FIG.
FIG. 6A is a top view of impedance varying means according to the fifth embodiment of the present invention.
  (B) A-A ′ line cross-sectional view of FIG.
FIG. 7A is a cross-sectional view of impedance varying means according to a fifth embodiment of the present invention.
  (B) Sectional view of the waveguide
  (C) Sectional view of the waveguide
FIG. 8A is a top view of impedance varying means showing a sixth embodiment of the present invention.
  (B) A-A ′ line cross-sectional view of FIG.
FIG. 9A is a top view of impedance varying means showing a seventh embodiment of the present invention.
  (B) A-A ′ line cross-sectional view of FIG.
FIG. 10A is a top view of impedance varying means showing an eighth embodiment of the present invention.
  (B) A-A 'line cross-sectional view of FIG.
[Explanation of symbols]
  1 Object to be heated
  2 Heating chamber
  3 Microwave supply means
  4 Bottom
  5, 23a, 23b, 23c Opening
  6 Impedance variable means
  7 Groove
  8 Moving parts
  9 Drive means
  10 mounting table
  11 Magnetron (microwave supply means)
  15 Stepping motor (drive means)
  16 Termination

Claims

A heating chamber for storing an object to be heated, a waveguide, microwave supply means for supplying microwaves to the heating chamber via the waveguide, and a metal surface forming the bottom surface of the heating chamber A microwave heating apparatus having an opening and an impedance variable means capable of changing the impedance of the opening,
The impedance variable means includes a groove portion connected to the opening portion and closed at a terminal end, a movable portion made of a dielectric disposed in the groove portion, and a driving means for driving the movable portion, and the movable portion In order to change the propagation condition of the microwave propagating in the groove portion according to the position of the portion, the groove portion is a substantially rectangular parallelepiped and has a waveguide shape capable of transmitting the (10) mode, The groove portion width a is λ / 2 <a <λ, the groove portion height b is b <λ / 2, and the groove portion depth L is set to the guide wavelength λg when the groove portion is regarded as a waveguide. Microwave heating apparatus with L <λg / 4 .

The microwave heating device according to claim 1, wherein a mounting table for mounting an object to be heated that covers the entire bottom surface of the heating chamber is provided on the opening.

Position of the opening, the microwave heating apparatus of the the position of the node of the standing wave generated in the heating chamber claims 1, wherein when the opening is not.

4. The microwave heating apparatus according to claim 3, wherein the position of the opening is a position of a node of a standing wave generated in the heating chamber when there is no opening in a practical object to be heated.

The movable part is made of a plate-like dielectric that can rotate in the groove, and the driving means drives the dielectric to rotate, and opens when the wide surface of the dielectric is perpendicular to the depth direction of the groove. The microwave heating apparatus according to claim 1 , wherein the impedance of the portion is substantially zero.

6. The microwave heating according to claim 5, wherein when the movable part is perpendicular to the depth direction of the groove part, the impedance of the opening part is set to zero or a value close to zero by creating one standing wave in the groove part. apparatus.

The microwave heating device according to claim 5 or 6, wherein the impedance of the opening is set to infinity or a value close to infinity when the movable portion is horizontal with respect to the depth direction of the groove.

8. The impedance of the opening is set to infinity or a value close to infinity by setting a half standing wave in the groove when the movable part is horizontal with respect to the depth direction of the groove. Microwave heating device.