JP4836982B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子レンジなどの高周波加熱装置に関し、特に、高周波発振器から発振される高周波を固定式のアンテナから加熱室へ伝播するようにして、被加熱物の加熱ムラを抑制するようにした高周波加熱装置に関する。

従来の高周波加熱装置においては、例えば、加熱室に収容した被加熱物に、マイクロ波（高周波）を照射する手段として、ラジアルスロットアンテナやダイポールアンテナが設けられ、該アンテナを駆動モータにより回転させ、加熱室内へマイクロ波を放射するという構造のものがあった（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００４−３２７２７３号公報（第５−６頁、図１、図２） 特開２００１−２５０６７２号公報（第５−６頁、図３、図４）

家庭用などに用いられる一般的な高周波加熱装置では、図１１にその主要部を断面図で示すとおり、略直方体に設けられた加熱室１と、高周波を発振する高周波発振器２と、高周波を伝播する導波管３と、導波管３内の高周波を加熱室内１に伝播させるアンテナ３０と、アンテナ３０を回転駆動させるアンテナ駆動モータ３１とからなり、アンテナ３０の上面には、アンテナ３０の保護と被加熱物９の設置板を兼ねた高周波透過板８が設置されている。なお、図中、７は被加熱物９の載置位置および温度を検出する赤外線センサなどからなる温度検知装置である。

高周波を加熱室１および被加熱物９に伝播させる際に重要となるアンテナ３０については、図１２および図１３に示すような従来技術がある。
図１２は平板上にスロット３０１を渦巻状に配列してスロットアンテナ３００を構成したもの、図１３は平板上に複数の異なる孔３０３、３０４、３０５、３０６を設けてダイポールアンテナ３０２を構成したものであり、それぞれ円盤３１０の略中心に設けたアンテナシャフト（回転軸）３０８から高周波の給電を行い、アンテナ表面に設置されているスロット３０１またはダイポール３０７に局所的に強い高周波を発生させることで、被加熱物９の加熱を実現しているものである。

このような従来のアンテナの形状および構造では、一端を導波管３内に設置したアンテナ３０のシャフト部分より高周波が給電され、円盤上で高周波電流となり、シャフト３０８を給電部として入射・反射を繰り返すのみとなるため、アンテナ上において、局所的に高電界を発生する部分とそうでない部分の分布ができることになる。
具体的には、スロット３０１を設置したアンテナ３００においてはスロット３０１部分に、ダイポール３０７を設けたアンテナ３０２において、ダイポール先端部分３０９に高周波を強く伝播することで、被加熱物９を強く加熱する部分が存在することとなる。
この事象は逆説的かつ相対的に表現すると、アンテナ上に強く加熱されない部分が存在することを意味している。すなわち、被加熱物９に対する高周波の照射が強い部分と弱い部分が存在することを示し、被加熱物９はよく加熱される部分と加熱されない部分、すなわち加熱ムラが存在するという課題があった。

また、加熱ムラを緩和する目的で、アンテナ駆動モータ３１により、アンテナ３０を回転させて加熱を実施する例もあるが、結局は同心円状に強電界部分が移動するものであり、同心円状に加熱の強弱が発生する課題がある。
さらに、スロットアンテナやダイポールアンテナの寸法は発振する高周波の波長により決まるものであり、効率的に電波を放射しようとした場合、例えばスロットアンテナではスロット部が１／２波長、ダイポールアンテナではダイポール部が給電部であるシャフトから両側に１／４波長ずつ、合計１／２波長の長さが必要となる。
例えば、家庭用電子レンジに使われる高周波の波長である２．４５ＧＨｚを参照すると、その波長は１２２．４ｍｍとなり、１／２波長は６１．２ｍｍとなる。家庭用の電子レンジの底面の寸法は大型のものでもおおよそ幅４００ｍｍ×奥行き３００ｍｍ程度であり、周辺部品の配置をも勘案すると、アンテナ３０の平板の大きさは大きくとも直径２００ｍｍ程度となる。
このようなアンテナにおいて、例えば図１２の従来例に示すような、ラジアル状に多数のスロットを配置することは、効率的に高周波を発生する略１／２波長のスロット寸法では配置不可能であるため、結果的に被加熱物への加熱効率が非常に悪いアンテナとなってしまう課題がある。
すなわち、被加熱物へ効率的な高周波の入射・吸収を促し、加熱を促進させるとともに、被加熱物内の加熱ムラを是正するためには、アンテナ上においてできるだけ広範な部分から均等な高周波を発生させることが重要となるが、従来の高周波加熱装置では局所的に強い電界を発生せざるを得ないアンテナ形状となるため、必ずしも十分な加熱効率化や加熱ムラ是正が行われてこなかったという課題がある。

本発明は、上記のような課題に鑑み、高周波発振器から発振される高周波を均等かつ広範囲に加熱室へ伝播可能にするアンテナの形状および構造とすることにより、加熱効率の向上と被加熱物の加熱ムラの抑制を実現するようにした高周波加熱装置を提供することを目的とする。

本発明に係る高周波加熱装置は、被加熱物を収容する加熱室と、被加熱物を加熱するための高周波を発振する高周波発振器と、前記加熱室に接続され、前記高周波発振器から発振された高周波を前記加熱室に導く導波管と、前記導波管内を伝播する高周波を前記加熱室へ伝播するアンテナとを備え、
前記アンテナは、高周波を前記加熱室側へ放射するアンテナ平板と、前記アンテナ平板に２分岐されて接続されたループ状の導電径路部と、前記導波管内に位置し、前記導電径路部を介して前記アンテナ平板に給電する給電シャフトと、前記加熱室の底部に設けられたアンテナ室内に当該アンテナを固定するアンテナ固定手段とを備え、
前記ループ状の導電経路部は、前記アンテナ平板と同一平面上で、９０゜ずれた位置に略直角に接続されているとともに、一方の導電経路部に対して、他方の導電経路部が、発振される高周波の１／４波長分だけ長くなっており、
さらに、前記アンテナは、前記アンテナ平板と前記ループ状の導電径路部とを１組とした複数組をアームを有する接続部材で前記ループ状の導電径路部と相互に接続し、前記接続部材の中心部に前記給電シャフトを結合したものである。

本発明の高周波加熱装置は、アンテナ形状を平板と、平板２箇所に接続されたループ状の導電経路部とで形成し、導波管からの高周波給電部である給電シャフトより２分岐させたループ状導電経路部を接続することにより、アンテナ平板上の強電界部分を高周波の位相ごとに移動させることを可能としたため、アンテナ平板上の広範な領域において強電界放出を実現することができ、アンテナを固定した際にも広範な領域を相対的にムラなく加熱することが可能となる効果がある。

ループ導電経路は平板を上から見た場合に直角に入射すべく経路をもち、かつ前記ループ導電経路は一つの経路がもう一つの経路に対して、平板放射部分に流入する高周波電流の位相が１／４波長ずれるように経路長を設けたことにより、平板に流れる電流の合成ベクトルが周期的に変化することで、アンテナ平板から加熱室内上方向に対して螺旋的に強い電波を放出する、いわゆる円偏波とすることで、食品の吸収範囲を広げることが可能となり、ひいては被加熱物に対して、効率的かつ均一な温度上昇効果を与える効果がある。

効率的かつ均一に広範な領域の加熱が可能となることから、アンテナを固定化しても被加熱物を均一に加熱することが可能となり、該アンテナを固定し、設置することで複雑な電界攪拌要素、例えばスタラーやアンテナモータを設ける必要がなくなり、部品点数や工程数を低減でき、さらに故障確率を低減できる。また、アンテナは導電経路と直径を波長の約１／２とした円形または方形の平板から成るため、従来のアンテナのより小型化が可能となり、付随して加熱室底面に複数のアンテナが設置可能となり、ひいては加熱室内全域を均等に加熱できる効果がある。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１を図１〜図５に示す。図１は本発明の実施の形態１に係る高周波加熱装置の断面図であり、図２はこの高周波加熱装置の開扉状態を示す外観斜視図である。図３は高周波伝播のために発明したアンテナの上面図である。図４はこのアンテナによる円偏波発生原理を説明するための表面電流遷移図である。図５は加熱室底面における加熱室内へ高周波を伝播させるための給電部の主要部を示す断面図（ａ）、（ｂ）と上面図（ｃ）である。

この高周波加熱装置は、アンテナ４とその給電部以外は、基本的に、図１２に示した従来例と同じ構成である。すなわち、本体６の中には被加熱物９を収容する加熱室１が設けてあり、加熱室１にはドア１１が開閉可能に設けられている。また、本体６内には被加熱物９を加熱するための高周波を発振する高周波発振器２と、加熱室１に接続されて高周波発振器２から発振された高周波を加熱室１に導く導波管３が設けられている。本体６の上部には、加熱開始や加熱時間の設定、目標加熱温度の設定などの入力操作を行う操作パネル１０が設けられている。加熱室１の上隅部には赤外センサなどの温度検知装置７が設置されており、加熱室１の幅方向および奥行き方向に赤外センサを移動可能にすることにより、あるいは、加熱室１の幅方向および奥行き方向に一定の視野範囲を有する赤外センサを固定して取り付けることにより、被加熱物９の載置位置および加熱温度などを検知可能としている。また、ドア１１にはパンチングメタルと、該パンチングメタルをはさむ形で構成されるガラスなどで構成されるドア視認窓１２が設けられており、加熱室１内の被加熱物９の調理状態を確認することができるようになっている。

加熱室１内の底面には高周波を透過し、被加熱物９を設置可能とするセラミックなどの高周波透過板８（被加熱物載置台とも呼ばれる）が設置されている。導波管３内を伝播する高周波を加熱室１内へ伝播するアンテナ４は、後述するアンテナ固定手段５により、高周波透過板８と加熱室底壁１３との間に形成されるアンテナ室１４内に固定設置されており、さらに導電性の給電シャフト（アンテナシャフト）２３がアンテナ４のループ状導電径路部に垂直に結合されて、図１に示すシャフト穴１５を通して導波管３内に挿入されている。

この高周波加熱装置で被加熱物９を加熱する際には、高周波発振器２（マグネトロン）から２．４５ＧＨｚのマイクロ波が発振される。発振されたマイクロ波は、導波管３を介して給電シャフト２３からアンテナ４に伝播され、高周波透過板８を透過して、加熱室１内の被加熱物９に照射され被加熱物９を加熱する。

アンテナ４は、図３に示すように、円形に形成されたアンテナ平板（または照射部もしくは照射板）２０と、アンテナ平板２０に２分岐されて接続されたループ状の導電径路部Ａ２１、導電径路部Ｂ２２と、導電径路部Ａ２１および導電径路部Ｂ２２の分岐位置（矢印で示す電流の流れが２つの径路に分岐する位置）に結合された給電シャフト２３とから形成されており、アンテナ平板２０をアンテナ室１４内に固定するアンテナ固定手段５（図５参照）を備えている。導電径路部Ａ２１および導電径路部Ｂ２２は、給電シャフト２３の結合先端から２つに分岐され、それぞれアンテナ平板２０に９０゜ずれた位置に、アンテナ平板２０と同一面内で略直角に接続されている。アンテナ平板２０の直径は、発振される高周波の波長の略１／２の径とされ、径路長については、例えば一方の導電径路部Ａ２１に対して、他方の導電径路部Ｂ２２が、発振される高周波の１／４波長分だけ長くされている。なお、図３中、２４は給電シャフト２３のシャフト結合部で、２５は給電シャフト２３を結合するためのビス穴である。

ここで、高周波発振器２からアンテナ４を介して被加熱物９へ照射されるに至る高周波の伝播の仕方について詳細に説明する。
高周波発振器２であるマグネトロンからは例えば電子レンジでは２．４５ＧＨｚの高周波が発振される。家庭用の電子レンジでは出力約１０００Ｗの高周波が発振されている。発振された高周波は、導電体で閉塞した形態に構成された導波管３内において、空間を伝播する。導波管３と加熱室底壁１３はシャフト穴１５で結合されており、導波管３内の空間を伝播している高周波は、シャフト穴１５（図１、図５参照）を経由して加熱室１内へ伝播する仕組みである。

ただし、単に丸穴を開けただけでは、高周波は加熱室１内に効率よく流れこまないため、同軸結合で導電性の給電シャフト２３、ならびに給電シャフト２３の一端に結合され、加熱室１側に設置された平板により構成されたアンテナ４を経由して加熱室１内に高周波を伝播することで、伝送効率を向上させている。

アンテナ４のシャフト部には導波管３内に伝播する高周波が表面電流として変換される。変換された電流はアンテナ表面を流れ、高周波による電流の時間変化に伴い、該電流により磁界が励起され、励起された磁界により電界が発生する。磁界と電界の時間変化が高周波の位相に伴って増減することにより、電磁波が放射されることとなるのである。

すなわち、アンテナ４の表面には、電流が流れることとなり、高周波の時間変化（位相変化）における表面電流の流れ方により、アンテナ４の平板部分（アンテナ平板２０）から加熱室１内に伝播する高周波のふるまいは変化することになる。したがって、アンテナ表面に流れる電流および電流の時間変化をより広範な領域で起こすことにより、平板上の広い領域から高周波を発生させることができると言える。

図３に示すとおり、本発明のアンテナ４の形状および構造は、その大きな特徴として、アンテナへの電流源となるシャフト部分から、電流経路を２分岐させている点が挙げられる。分岐した電流はそれぞれ導電経路部Ａ２１、導電経路部Ｂ２２を介して、個別な電流として、図３中の円盤状に示すアンテナ平板２０上にて合流する形をとる。

アンテナ平板２０へ流入する電流をアンテナ上面から見たときに略直角に入射させることで、アンテナ平板２０上に流れる電流をより多様化することが可能となる。
また、導電経路部Ａ２１と導電経路部Ｂ２２は経路長を違えることで、同時に給電シャフト２３上で励起された電流が、それぞれの位相を変化させた状態でアンテナ平板２０に流入させることを可能とする。

かくして、導電経路部Ａ２１を経由して、紙面下側から来る高周波電流と、導電経路部Ｂ２２を経由して紙面右から来る高周波電流がベクトル的に合成されて、アンテナ平板２０上では多様な電流が流れることとなり、発生する電磁波を多様にすることが可能となる。

特に、分岐する導電経路部Ａ２１の長さをＬ、もう一方の導電経路部Ｂ２２の長さをＬ＋波長の１／４、とすることで、位相が９０°ずれた電流をアンテナ平板２０に流入させることが可能となる。経路を確保するには、図３のアンテナ４に示すように、円盤である平板に対して、迂回するように曲げを利用して経路を確保する。また、曲げ部分の角部には２ｍｍ程度のアール２６をつけることで、高出力時に電界が集中してスパークを起こすおそれを低減することが可能となる。
なお、本発明のアンテナ４は、図３に示すとおり、重心はシャフト上になく偏心していることから、特に加熱室内が高温となった場合の剛性を確保するために、板厚は０．３ｍｍ以上、好ましくは０．５〜１ｍｍにて構成する。

それぞれの電流経路をアンテナ平板２０における電流源と見た場合、幾何学的な電流源の配置が９０°ずれているのに加え、位相も９０°ずれた電流を合成することとなる。この両者のずれを利用することで、アンテナ平板２０において、円環状に高電界放射することが可能となる円偏波を発生することが可能となる。

円偏波発生の原理を、図４を用いて説明する。図４はアンテナ平板２０上を流れる電流を模式図的に示したものであり、実線を、アンテナ平板２０上を流れる電流、破線をそれぞれの導電経路部から入射する電流にて表したものである。また、破線の長さは電流の大きさを示している。

高周波によって励起された電流は位相９０°ごとに流れる方向が逆転するよう振幅している。例えば位相０°における紙面下側から流入する導電経路部Ａ２１からの入射は下向きに大きく流れているが、位相２２．５°、４５°と位相が変わるにつれてその電流は小さくなっていき、その後電流の流れる方向は逆転しはじめ、位相９０°においては位相０°と同じ大きさで逆方向に流れる電流となる。
これは紙面右側から流入する導電経路部Ｂ２２においても同じ現象となるが、電流源である給電シャフト２３から、アンテナ平板２０への流入距離を違えているために、アンテナ平板２０へ流入する多さは変化することとなる。

紙面下側からと右側から流れる電流の合成は、アンテナ平板２０上に実線で示してあるとおり、合成電流として、位相ごとその流れる方向を順次変化させていくこととなる。結果として、位相が１８０°変化するうちにアンテナ平板２０上に流れる電流の方向は１回転することとなる。
すなわち電流の動きに伴い発生する紙面鉛直方向に発生される電磁波は、強電界部分を円環状に位相に伴って移動していくこととなる。

本現象は家庭用電子レンジでは周波数２．４５ＧＨｚで行われる事象であり、言い換えれば強電界部分が平板上を１回転してくる時間は２４億５０００万分の１秒で行われる。
被加熱物９を加熱する際にこの時間オーダーは通常数十秒〜数十分である加熱時間や通常５〜６ｒｐｍ程度で回転するアンテナの回転速度と比較して、はるかに小さいオーダーであるため、被加熱物９に与えられる高周波は、事実上、平板において円環状に強い電界を与えているのと同様となる。

次に、アンテナ４の固定手段５について、図５を用いて説明する。図５（ａ）はアンテナ４の給電部の主要部の断面図、（ｂ）は固定手段５によるアンテナ固定部の拡大断面図、（ｃ）はそのアンテナ固定部の上面図である。
前述したように、アンテナ４は重心位置が給電シャフト２３から偏心しているので、給電シャフト２３を鉛直に、アンテナ４を水平に保持するために、給電シャフト２３の周りのアンテナ室１４底面上に、一定以上の径を有する、例えばセラミックなどからなる高周波透過性の円筒状の支持部材５ａを給電シャフト２３と同軸上に嵌合して設置する。より好ましくは、シリコーンなどの耐熱性接着剤を用いて、支持部材５ａの上下面をループ状導電径路部Ａ２１とＢ２２の下面およびアンテナ室底面（加熱室底壁１３）に接着固定するとよい。
このような固定手段５でアンテナ４を固定することにより、アンテナ４は加熱室底壁１３や導波管３に触れることなく設置が可能となる。また、従来のようにアンテナを回転させるアンテナ駆動モータを必要としないので、その分コスト低減が可能となる。

実施の形態２．
図６はアンテナ４のアンテナ平板２０を方形形状とした変形例を示す上面図である。その他の構成は実施の形態１と同様であり、同一の構成部分には同一符号を付し、それについての説明は省略する。
方形状のアンテナ平板２０は、少なくとも１辺（例えば、図６に示す横辺）の長さを発振される高周波の略１／２波長の長さとする。他方の辺（図６に示す縦辺）の長さは高周波の１／２波長以上の長さであればよい。また、導電径路部Ａ２１と導電径路部Ｂ２２は、それぞれ辺の中央部に略直角に接続される。径路長については、前述したとおり、例えば一方の導電径路部Ａ２１に対して、他方の導電径路部Ｂ２２を高周波の１／４波長分だけ長くする。また、アンテナ平板２０の角部や導電径路部の直角曲げ部分の角部には２ｍｍ程度のアール２６をつける。これにより、高出力時に電界が集中してスパークを起こすおそれを低減することができる。

この実施の形態２のアンテナ４を用いた場合でも、導電経路部Ａ２１と導電経路部Ｂ２２は経路長を異ならせているため、同時に給電シャフト２３上で励起された電流が、それぞれの位相を変化させた状態でアンテナ平板２０に流入し、実施の形態１と同様に、方形状のアンテナ平板２０から円環状に高電界放射することが可能となる円偏波を発生することが可能となる。

実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３に係る高周波加熱装置のアンテナの上面図で、前記円偏波発生原理を元に複数のアンテナ平板２０とそれに対応する数のループ導電経路部を接続した２つの例を示すものである。
図７（ａ）に示す複合アンテナ４Ａは、アンテナ平板２０とループ状の導電径路部Ａ２１および導電径路部Ｂ２２とを１組として４組を円周方向に配し、これらを十字状のアーム２７ａを有する接続部材２７により相互に接続したものである。接続部材２７の中心部には給電シャフト２３を垂直に結合するためのシャフト結合部２４が設けられている。
図７（ｂ）に示す複合アンテナ４Ｂは、アンテナ平板２０とループ状の導電径路部Ａ２１および導電径路部Ｂ２２とを１組として６組を上下方向に配し、これらを短冊状のアーム２７ｂを有する接続部材２７により相互に接続したものである。接続部材２７の中心部には上記と同様に、給電シャフト２３を垂直に結合するためのシャフト結合部２４が設けられている。複合アンテナ４Ａ、４Ｂのいずれも、高周波加熱装置の大きさに対応して選ばれる。また、複合アンテナ４Ａ、４Ｂは金属板のプレス加工により形成される。また、十字状のアーム２７ａおよび短冊状のアーム２７ｂは、一方の導電径路部Ａ２１に対する他方の導電径路部Ｂ２２の経路長が、発振される高周波の１／４波長分だけ長くなる位置に接続される。そして、中心部のシャフト結合部２４には給電シャフト２３が鉛直方向に接続されており、さらに図５にて説明したように、高周波透過性の円筒状の支持部材５ａを給電シャフト２３に同軸上に嵌合することにより、複合アンテナ４Ａ、４Ｂを加熱室底壁１３（アンテナ室１４底面）上に固定設置する構成となっている。なお、複合アンテナ４Ａ、４Ｂにおける単体のアンテナ４の形状は円形に限らず、図６に示した方形形状とすることもできる。

通常、円盤の中心に給電シャフトを設置した従来のスロットアンテナやダイポールアンテナでは、先述したようにスロット部やダイポール部が１／２波長の長さを持って電波を効率よく発生させるという特性を生かしたものであり、その寸法制約上からアンテナを大型化する必要があり、家庭用電子レンジの底面寸法（先述の幅４００ｍｍ×奥行き３００ｍｍ程度）から判断した場合、図７に示すような複数のアンテナを設置しようとすると、静置状態であってもアンテナどうしの干渉を起こしてしまう。対して、本実施の形態の複合アンテナ４Ａまたは４Ｂでは、アンテナ平板２０である平板放射部とループ状導電経路部で構成するアンテナ４単体の寸法は小さいために、複数のアンテナの設置が可能となる。本実施の形態の複合アンテナ４Ａまたは４Ｂは、前記平板放射部とループ状導電経路部を１組として、アンテナを複数接続する場合に、各アンテナを接続する放射部間導電経路部と給電シャフトを接続し、ループ状導電経路部を用いることで円偏波の効果を用いたアンテナを複数接続し、１つの給電口から複数の平板放射部へ給電することが出来る。

前記複合アンテナ４Ａまたは４Ｂは、加熱室底面や、導波管に触れないように設置することが必要であり、供給される高周波を吸収・発熱、言い換えれば損失とならないセラミックやマイカなどのような円筒状の高周波透過部材にてアンテナ固定部５を構成している。先述したように、前記アンテナを設置することにより、アンテナを回転駆動させる必要はなく加熱室内の全域に均等に電界放出が可能となったため、従来設置していたアンテナ駆動モータが必要なくなる。一方で、加熱室内壁面にアンテナ４が触れることはアンテナ４上を流れる電流が漏洩し効率を下げることや、スパークを発生させる原因となる。

そこで、本実施の形態のアンテナ固定方法は、セラミックなどで円筒状に構成した固定部５を設ける。該固定部５は中心に給電シャフト２３を貫通することが出来る穴を設けてあり、給電シャフト２３の軸と固定部の軸が同じ中心軸を持つように同軸上に設置する。

ここで、図７に示す本実施の形態の複合アンテナ４Ａまたは４Ｂについて、高周波の伝播を説明する。給電シャフト２３より励起された電流が放射部間導電経路部へ流入し、各アンテナ４のループ状導電経路部へ流入する。ループ状導電経路部へ流入した電流は放射部（アンテナ平板２０）へと伝播されるまでに、２本に分岐した経路差が１／４波長分生じているため、前述したように各々のアンテナ平板２０より、紙面鉛直方向に強電界部分が円環状の位相を伴って移動する電磁波が放射される。つまり各々のアンテナ平板部分より円偏波が放射され、加熱室１内の広範囲において均一加熱を行えることが可能となっている。

このような構成とすることにより、従来アンテナ自身を回転させ、強電界部分が集中しないよう駆動させていた駆動モータの設置を必要としなくなったが、前述したように導波管３内を伝播している高周波は同軸結合で導電性のシャフト、ならびにシャフトの一端に結合され、加熱室１側に設置された平板により構成されたアンテナ４により加熱室内に伝播することで、伝送効率を向上させることができる。また、導電性のシャフトを導波管３内へ挿入する必要があり、かつ、アンテナ４は導電体であるため、同じく導電体で構成される加熱室底壁との接触は避けなければならない。そのため、高周波透過性のセラミックなどからなる円筒状支持部材で構成されたアンテナ固定部５でシャフト上部を覆い、アンテナを固定することにより部品点数や工程数の低減、さらに故障確率を低減することが可能となり、さらに円偏波を発生する複数のアンテナ４を組み合せて複合アンテナ４Ａまたは４Ｂを構成することで、加熱室全域にわたって加熱ムラを低減した均一な加熱を実現することが可能となる。

実施の形態４．
以下、本発明に係る高周波加熱装置のアンテナ固定方法の別例について説明する。
図８は実施の形態４におけるアンテナ固定部５の拡大断面図である。本実施の形態は、加熱室１底部より円筒状の高周波透過部材である積層マイカなどをアンテナ４や、複合アンテナ４Ａ、４Ｂの形状に合わせ、水平方向に重心が安定するように積層する。該積層された高周波透過部材上面とループ状導電径路部の下面とを貼り合わせて、アンテナ４や複合アンテナ４Ａ、４Ｂを前述したように加熱室底壁１３や導波管３と接触することなく任意の高さに固定している。なお、円筒状の積層支持部材の厚みは全て同じであってもよく、異なっていてもよい。

実施の形態５．
図９は実施の形態５におけるアンテナ固定部５の拡大断面図である。本実施の形態は、加熱室１の底面（アンテナ室１４の上面）に具備されている高周波透過板８の裏面にアンテナ平板２０の上面部を接着し、アンテナ４や、複合アンテナ４Ａ、４Ｂを固定するアンテナ固定方法である。

実施の形態６．
図１０は実施の形態６におけるアンテナ固定部５の拡大断面図である。本実施の形態のアンテナ固定方法は、セラミックなどの高周波透過性の台座２８と給電シャフト２３をネジなどで結合し、該台座２８底面を導波管３底面と接着し、アンテナ４や複合アンテナ４Ａ、４Ｂを固定する方法である。アンテナ平板２０の下面より台座２８底面までの距離が長く、重心が上方に偏りやすい傾向があるため、外乱などにより台座２８が倒れないよう、導波管３へ台座２８を固定する絞り凹部２９を設けている。

実施の形態７．
また、使用環境や経年劣化により、高周波透過性の支持部材が溶けたり、割れるなど劣化や不具合が生じ、アンテナ４や複合アンテナ４Ａ、４Ｂを鉛直方向に支持することが出来なくなり、アンテナ４や複合アンテナ４Ａ、４Ｂが傾いたり倒れたりする可能性がある。このような不具合が生じた場合には、アンテナが傾いたり倒れて、加熱室底部や導波管３へ接触してしまい、導波管３より高周波が効率よく伝送できなくなり効率が低下したり、局所集中を起こす可能性がある。このような場合には、加熱室１上部に設置された温度検知装置７により加熱室１内の温度検知を行い、単位時間当たりの温度上昇が一定の値以下すなわち加熱不足、もしくは局所集中加熱を検知した場合には、前記不具合が生じたと判断し、運転停止、もしくは故障を報告するメッセージを操作パネル１０に設置された表示部に表示を行う故障報告機能を有するものとする。また、異常が生じた場合、放射した高周波が高周波発振器２に反射して戻り、自己発熱をする場合もあるため、高周波発振器２の温度も同時にモニタリングが出来るよう検知装置を設けることが望ましい。

また、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、図示しない加熱装置である輻射ヒータを加熱室天面に設けたり、背面に熱風ヒータを設けたり、蒸気生成装置を設けた上で、本発明である高周波加熱装置と組み合わせることも可能である。

本発明の実施の形態１に係る高周波加熱装置の断面図である。 本発明の実施の形態１に係る高周波加熱装置の開扉状態を示す外観斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る高周波加熱装置のアンテナの上面図である。 本発明の実施の形態１に係る高周波加熱装置のアンテナ上の表面電流の遷移図である。 本発明の実施の形態１に係る高周波加熱装置の加熱室底面における給電部の主要部を示す断面図（ａ）、（ｂ）と上面図（ｃ）である。 本発明の実施の形態２に係る高周波加熱装置のアンテナの上面図である。 本発明の実施の形態３に係る高周波加熱装置のアンテナの上面図である。 本発明の実施の形態４に係る高周波加熱装置のアンテナ固定部の拡大断面図である。 本発明の実施の形態５に係る高周波加熱装置のアンテナ固定部の拡大断面図である。 本発明の実施の形態６に係る高周波加熱装置のアンテナ固定部の拡大断面図である。 従来の高周波加熱装置の断面図である。 従来の高周波加熱装置のアンテナの上面図である。 従来の高周波加熱装置の別のアンテナの上面図である。

符号の説明

１ 加熱室、２ 高周波発振器、３ 導波管、４ アンテナ、４Ａ、４Ｂ 複合アンテナ、５ アンテナ固定手段（アンテナ固定部）、５ａ 円筒状支持部材、６ 本体、７ 温度検知装置、８ 高周波透過板、９ 被加熱物、１０ 操作パネル、１１ ドア、１２ ドア視認窓、１３ 加熱室底壁、１４ アンテナ室、１５ シャフト穴、１６ 、１７ 、１８ 検知領域、２０ アンテナ平板、２１ 導電経路Ａ、２２ 導電経路Ｂ、２３ 給電シャフト、２４ シャフト結合部、２６ アール、２７ 接続部材、２７ａ、２７ｂ 接続部材のアーム、２８ 台座、２９ 絞り凹部。

Claims (11)

1. 被加熱物を収容する加熱室と、被加熱物を加熱するための高周波を発振する高周波発振器と、前記加熱室に接続され、前記高周波発振器から発振された高周波を前記加熱室に導く導波管と、前記導波管内を伝播する高周波を前記加熱室へ伝播するアンテナとを備え、
   前記アンテナは、高周波を前記加熱室側へ放射するアンテナ平板と、前記アンテナ平板に２分岐されて接続されたループ状の導電径路部と、前記導波管内に位置し、前記導電径路部を介して前記アンテナ平板に給電する給電シャフトと、前記加熱室の底部に設けられたアンテナ室内に当該アンテナを固定するアンテナ固定手段とを備え、
   前記ループ状の導電経路部は、前記アンテナ平板と同一平面上で、９０゜ずれた位置に略直角に接続されているとともに、一方の導電経路部に対して、他方の導電経路部が、発振される高周波の１／４波長分だけ長くなっており、
   さらに、前記アンテナは、前記アンテナ平板と前記ループ状の導電径路部とを１組とした複数組をアームを有する接続部材で前記ループ状の導電径路部と相互に接続し、前記接続部材の中心部に前記給電シャフトを結合した
   ことを特徴とする高周波加熱装置。
2. 前記アンテナ平板は、直径を、発振される高周波の略１／２波長とする円形状であることを特徴とする請求項１記載の高周波加熱装置。
3. 前記アンテナ平板は、少なくとも１辺の長さを、発振される高周波の略１／２波長とする方形形状であることを特徴とする請求項１または２記載の高周波加熱装置。
4. 前記導電経路部の直角曲げ部分にはアールをつけることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の高周波加熱装置。
5. 前記方形形状のアンテナ平板の角部にはアールをつけることを特徴とする請求項３記載の高周波加熱装置。
6. 前記アンテナ平板および前記導電経路部の厚みは０．３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の高周波加熱装置。
7. 前記アンテナ固定手段は、高周波透過性の円筒状支持部材を前記給電シャフトと同軸上に前記アンテナ室底面上に設置して、前記円筒状支持部材により前記アンテナを支持する構成であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の高周波加熱装置。
8. 前記アンテナ固定手段は、前記アンテナ平板の上面部を前記アンテナ室上面の高周波透過板の裏面に接着する構成であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の高周波加熱装置。
9. 前記アンテナ固定手段は、前記給電シャフトの下部に高周波透過性の台座を設け、前記台座を前記導波管の底部にて支持する構成であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の高周波加熱装置。
10. 前記円筒状支持部材が複数積層されていることを特徴とする請求項７記載の高周波加熱装置。
11. 前記加熱室内に温度検知手段を設け、該温度検知手段により温度不足または局所加熱を検知したときには、運転停止または故障を告げる報知手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の高周波加熱装置。

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