JP5877304B2 - Microwave heating device - Google Patents

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  • Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)

Description

本発明は、電子レンジ等のマイクロ波加熱装置に関し、特にマイクロ波放射部の構造に特徴を有するマイクロ波加熱装置に関するものである。   The present invention relates to a microwave heating apparatus such as a microwave oven, and more particularly to a microwave heating apparatus characterized by the structure of a microwave radiation portion.

マイクロ波により対象物を加熱処理するマイクロ波加熱装置の代表的な装置としては、電子レンジがある。電子レンジにおいては、マイクロ波発生器において発生したマイクロ波が金属製の加熱室の内部に放射され、加熱室内部の被加熱物が放射されたマイクロ波により加熱処理される。   A typical microwave heating apparatus that heats an object using a microwave is a microwave oven. In the microwave oven, the microwave generated in the microwave generator is radiated into the metal heating chamber, and the object to be heated in the heating chamber is heated by the radiated microwave.

従来の電子レンジにおけるマイクロ波発生器としては、マグネトロンが用いられている。マグネトロンにより生成されたマイクロ波は、導波管を介して加熱室内部に放射される。加熱室内部におけるマイクロ波の電磁界分布が不均一であると、被加熱物を均一にマイクロ波加熱することができない。   A magnetron is used as a microwave generator in a conventional microwave oven. Microwaves generated by the magnetron are radiated into the heating chamber through the waveguide. If the electromagnetic field distribution of the microwave in the heating chamber is not uniform, the object to be heated cannot be heated by microwaves uniformly.

被加熱物を均一に加熱する手段として、被加熱物を載置するテーブルを回転させて被加熱物を回転させる構造、被加熱物を固定してマイクロ波を放射するアンテナを回転させる構造、または位相器によってマイクロ波発生器から発生するマイクロ波の位相を変化させる構造を有するマイクロ波加熱装置が一般的であった。   As a means for uniformly heating the object to be heated, a structure for rotating the object to be heated by rotating a table on which the object to be heated is rotated, a structure for rotating an antenna for radiating microwaves while fixing the object to be heated, or A microwave heating apparatus having a structure in which a phase of a microwave generated from a microwave generator is changed by a phase shifter has been common.

例えば、従来のマイクロ波加熱装置では、導波管内部に回転アンテナ、アンテナシャフトなどが配置されており、アンテナモータによって回転アンテナを回転させながらマグネトロンを駆動することで、加熱室内のマイクロ波分布の不均一さを低減している。   For example, in a conventional microwave heating apparatus, a rotating antenna, an antenna shaft, and the like are arranged inside a waveguide. By driving a magnetron while rotating the rotating antenna by an antenna motor, the microwave distribution in the heating chamber is increased. Non-uniformity is reduced.

また、特許文献1に記載されているように、マグネトロンの上部に回転可能なアンテナを設け、回転アンテナの羽根に送風ファンからの冷却風をあてることにより、該送風ファンの風力でアンテナを回転させ、加熱室内のマイクロ波分布を変化させているマイクロ波加熱装置が提案されている。   Further, as described in Patent Document 1, a rotatable antenna is provided on the upper part of the magnetron, and the cooling air from the blower fan is applied to the blades of the rotary antenna so that the antenna is rotated by the wind force of the blower fan. A microwave heating apparatus that changes the microwave distribution in the heating chamber has been proposed.

一方、位相器を有する例として、マイクロ波加熱による被加熱物の加熱ムラの低減と共にコストダウンおよび給電部の省スペース化を図った特許文献2に記載されているように、加熱室内部に円偏波を放射する単一のマイクロ波放射部を有したマイクロ波加熱装置が提案されている。   On the other hand, as an example having a phase shifter, as described in Patent Document 2 in which heating unevenness of an object to be heated is reduced by microwave heating and cost reduction and space saving of a power feeding unit are described, a circular shape is provided inside the heating chamber. A microwave heating apparatus having a single microwave radiating unit that radiates polarized waves has been proposed.

特開昭62−64093号公報JP-A-62-64093 米国特許第4301347号明細書U.S. Pat. No. 4,301,347

しかしながら、前記従来の構成の電子レンジのようなマイクロ波加熱装置では、なるべく簡易的な構造で、被加熱物を効率良く、ムラ無く加熱することが求められているが、これまで提案されていた構造では種々の課題があった。   However, in the microwave heating apparatus such as the microwave oven having the above-described conventional configuration, it is required to efficiently heat an object to be heated with a simple structure as much as possible, and has been proposed so far. There were various problems with the structure.

また、マイクロ波加熱装置、特に電子レンジは、高出力化の技術開発が進み、国内では定格高周波出力1000Wが商品化されている。マイクロ波加熱装置は、熱伝導によって
食品を加熱するのではなく、誘電加熱を用いて直接食品を加熱できる利便性が商品の大きな特徴であるが、加熱ムラが未解決の中での高出力化は加熱ムラの題題をより顕在化させることになる。
In addition, microwave heating devices, particularly microwave ovens, have been developed for high-power technology, and a rated high-frequency output of 1000 W has been commercialized in Japan. Microwave heating devices are notable for heating food by heat conduction, but the convenience of being able to heat food directly using dielectric heating is a major feature of the product. Will make the subject of heating unevenness more obvious.

従来のマイクロ波加熱装置が抱える構造上の課題としては、下記の3点のことが挙げられる。   The following three points can be cited as structural problems of the conventional microwave heating apparatus.

1点目は、加熱ムラを低減するためにテーブルまたはアンテナを回転させる機構を必要としており、このため回転スペースおよびテーブルまたはアンテナを回転させるモータなどの設置スペースを確保しなければならず、マイクロ波加熱装置の小型化を阻害していたことである。   The first point requires a mechanism for rotating the table or antenna in order to reduce heating unevenness. For this reason, it is necessary to secure a rotation space and an installation space such as a motor for rotating the table or antenna. It was that the miniaturization of the heating device was hindered.

2点目は、テーブルまたはアンテナを安定的に回転させるために、回転アンテナを加熱室の上部又は下部に設ける必要があり、構造が制限されていたことである。   Secondly, in order to stably rotate the table or antenna, it is necessary to provide the rotating antenna at the upper or lower portion of the heating chamber, and the structure is limited.

3点目は、水蒸気加熱や熱風加熱などの種々の加熱機能を有する電子レンジの登場により、電子レンジの筐体内部に多くの構成部品が必要となることおよび、筐体内部の制御部品などの発熱量が多いため、十分な冷却性能を実現するために風路を確保する必要があり、導波手段およびマイクロ波放射部の設置位置が制限されるため、加熱室内のマイクロ波分布が不均一になってしまうことである。   Third, with the advent of microwave ovens with various heating functions such as steam heating and hot air heating, many components are required inside the microwave oven casing, and control components inside the casing, etc. Because of the large amount of heat generation, it is necessary to secure an air path to achieve sufficient cooling performance, and the installation position of the waveguide means and the microwave radiation part is limited, so the microwave distribution in the heating chamber is non-uniform It becomes that.

マイクロ波加熱装置におけるマイクロ波照射室であるアプリケータ内に、テーブルまたは位相器の回転機構などを設置することは信頼性を下げる。よって、これら機構を不要とするマイクロ波加熱装置が要求されている。   Installing a rotating mechanism of a table or a phaser in an applicator that is a microwave irradiation chamber in a microwave heating device lowers reliability. Therefore, there is a demand for a microwave heating apparatus that does not require these mechanisms.

また、マイクロ波加熱による被加熱物の加熱ムラの低減と共に、コストダウンおよび給電部の省スペース化を図った特許文献2に記載されているような、円偏波を加熱室内部に放射する単一のマイクロ波放射部を有したマイクロ波加熱装置については、回転機構を有していないという利点はあるが、マイクロ波による十分な均一加熱が実現されていないことが課題である。   In addition, while reducing the heating unevenness of the object to be heated by microwave heating, as well as reducing the cost and saving the space of the power feeding unit, a single unit that radiates circularly polarized waves into the heating chamber is disclosed. The microwave heating apparatus having one microwave radiating portion has an advantage that it does not have a rotating mechanism, but it is a problem that sufficient uniform heating by microwaves is not realized.

本発明は前記従来の課題を解決するもので、回転機構を用いないで、被加熱物を均一にマイクロ波加熱させることができるマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。また、筐体内部の構成部品により設置位置が制限され、導波手段が加熱室の内壁の中心に対して非対称に設置された場合でも、被加熱物を均一にマイクロ波加熱させることができるマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a microwave heating apparatus that can uniformly heat an object to be heated without using a rotating mechanism. In addition, even if the installation position is limited by the components inside the housing and the waveguide means is installed asymmetrically with respect to the center of the inner wall of the heating chamber, the microwave can uniformly heat the object to be heated. An object is to provide a wave heating device.

前記従来の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、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、マイクロ波を伝送する導波手段と、前記加熱室内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射部を有し、前記導波手段は、前記加熱室の内壁の中心に対して非対称に偏って設置され、前記マイクロ波放射部が位置する前記導波手段内のマイクロ波の位相により、前記加熱室内に放射するマイクロ波の指向性を、前記導波手段が偏った方向に平行に強くなるように調整するものである
In order to solve the above-described conventional problems, the microwave heating apparatus of the present invention includes a heating chamber for storing an object to be heated, a microwave generating means for generating microwaves, a waveguide means for transmitting microwaves, The heating chamber has a microwave radiating portion for radiating microwaves, and the waveguide means is installed asymmetrically with respect to the center of the inner wall of the heating chamber, and the waveguide where the microwave radiating portion is located. The directivity of the microwave radiated into the heating chamber is adjusted by the phase of the microwave in the wave means so as to become stronger in parallel with the direction in which the waveguide means is biased .

これによって、加熱室内のマイクロ波分布を変化させる制御因子が多くなり、筐体内部の構成部品により設置位置が制限され、導波手段が加熱室の内壁の中心に対して非対称に設置された場合でも、均一なマイクロ波加熱を実現し易くすることができる。   As a result, there are many control factors that change the microwave distribution in the heating chamber, the installation position is limited by the components inside the housing, and the waveguide means is installed asymmetrically with respect to the center of the inner wall of the heating chamber However, uniform microwave heating can be easily realized.

さらに、複数のマイクロ波放射部を有したものである。一つのマイクロ波放射部から放射されるマイクロ波にはマイクロ波放射角があるため、単一のマイクロ波放射部で強く加熱できる範囲には限界がある。   Furthermore, it has several microwave radiation | emission parts. Since the microwave radiated from one microwave radiating part has a microwave radiating angle, there is a limit to the range that can be heated strongly by a single microwave radiating part.

よって、マイクロ波放射部の数を調整することにより、広範囲の加熱室内のマイクロ波分布を調整し、より均一な加熱を実現するこが可能となる。   Therefore, by adjusting the number of the microwave radiation portions, it is possible to adjust the microwave distribution in a wide range of the heating chamber and realize more uniform heating.

また、各々のマイクロ波放射部の位置する導波手段内のマイクロ波の位相を調整することにより、各々のマイクロ波放射部から放射されるマイクロ波の相互干渉を利用して、単一のマイクロ波放射部では実現できないマイクロ波分布を得ることが可能となり、均一加熱を実現することが可能となる。   In addition, by adjusting the phase of the microwave in the waveguide means where each microwave radiating portion is located, a single microwave can be obtained by utilizing the mutual interference of the microwaves radiated from each microwave radiating portion. It is possible to obtain a microwave distribution that cannot be achieved by the wave radiation unit, and to achieve uniform heating.

また、円偏波を放射するマイクロ波放射部を有したものである。これによって、マイクロ波放射部から拡がりをもったマイクロ波が放射され、被加熱物へのマイクロ波の放射をより広い範囲で均一化することができる。特に、円偏波の周方向に対しての均一加熱が期待できる。   In addition, it has a microwave radiating part that radiates circularly polarized waves. Thereby, a microwave having a spread is emitted from the microwave radiating portion, and the microwave radiation to the object to be heated can be made uniform in a wider range. In particular, uniform heating in the circumferential direction of circular polarization can be expected.

また、円偏波を放射するマイクロ波放射部を2本以上のスリットにより構成される形状としたものである。これによって、被加熱物の加熱ムラを低減するためのテーブルまたはアンテナを回転させる機構が不要となり信頼性の向上および給電部の小型化が可能となる。   Moreover, the microwave radiation | emission part which radiates | emits a circularly polarized wave is made into the shape comprised by two or more slits. This eliminates the need for a mechanism for rotating the table or antenna for reducing the unevenness of heating of the object to be heated, thereby improving reliability and reducing the size of the power feeding unit.

本発明のマイクロ波加熱装置は、加熱室内に設置した円偏波を放射するマイクロ波放射部の数、形状および導波手段内のマイクロ波の位相に対する配置を調整することにより、筐体内部の構成部品により設置位置が制限され、導波手段が加熱室の内壁の中心に対して非対称に設置された場合でも、被加熱物の均一なマイクロ波加熱が実現できる。また、マイクロ波放射部を2本以上のスリットにより構成される円偏波を放射する形状とすることにより、アンテナを回転させる機構、テーブルを回転させる機構および位相器などを設けなくても、被加熱物を均一にマイクロ波加熱することができ、給電部の小型化、信頼性の向上、コストダウンを図ることが可能となる。   The microwave heating apparatus of the present invention adjusts the number and shape of the microwave radiating portions that radiate circularly polarized waves installed in the heating chamber, and the arrangement with respect to the phase of the microwaves in the waveguide means, thereby adjusting the inside of the casing. Even when the installation position is limited by the components and the waveguide means is installed asymmetrically with respect to the center of the inner wall of the heating chamber, uniform microwave heating of the object to be heated can be realized. In addition, by forming the microwave radiating portion into a shape that radiates circularly polarized waves composed of two or more slits, the antenna can be rotated without providing a mechanism for rotating the antenna, a mechanism for rotating the table, a phase shifter, or the like. The heated object can be uniformly heated by microwaves, and the power feeding unit can be reduced in size, improved in reliability, and reduced in cost.

本発明の実施の形態1におけるマイクロ波加熱装置の断面図Sectional drawing of the microwave heating apparatus in Embodiment 1 of this invention (a)本発明の実施の形態1におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と被加熱物の上面図(b)本発明の実施の形態1におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と定在波の関係説明図(A) Top view of microwave radiation unit and object to be heated in microwave heating apparatus in embodiment 1 of the present invention (b) Microwave radiation section and standing of microwave heating apparatus in embodiment 1 of the present invention Wave relationship diagram 本発明の実施の形態1におけるマイクロ波加熱装置の導波手段の電界と磁界と電流の関係説明図Explanatory drawing of the relationship between the electric field of the waveguide means of the microwave heating apparatus in Embodiment 1 of this invention, a magnetic field, and an electric current 本発明の実施の形態1におけるマイクロ波加熱装置の導波手段内に生じる定在波の位相と指向性の関係説明図FIG. 3 is an explanatory diagram of the relationship between the phase of the standing wave generated in the waveguide means of the microwave heating apparatus and the directivity according to the first embodiment of the present invention. (a)本発明の実施の形態1におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部とマイクロ波加熱弱領域の上面図(b)本発明の実施の形態1におけるマイクロ波放射部と定在波の関係説明図(A) Top view of microwave radiating portion and microwave heating weak region of microwave heating apparatus in embodiment 1 of the present invention (b) Relationship between microwave radiating portion and standing wave in embodiment 1 of the present invention Illustration (a)本発明の実施の形態2におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と被加熱物の上面図(b)本発明の実施の形態2におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と定在波の関係説明図(A) Top view of microwave radiation part and object to be heated in microwave heating apparatus in embodiment 2 of the present invention (b) Microwave radiation part and standing of microwave heating apparatus in embodiment 2 of the present invention Wave relationship diagram 本発明の実施の形態2におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部とマイクロ波加熱弱領域の上面図およびマイクロ波放射部と定在波の関係説明図The top view of the microwave radiation | emission part and microwave heating weak area | region of the microwave heating apparatus in Embodiment 2 of this invention, and the relationship explanatory drawing of a microwave radiation | emission part and a standing wave 本発明の実施の形態3におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と被加熱物の上面図およびマイクロ波放射部と定在波の関係説明図The top view of the microwave radiation | emission part and to-be-heated material of the microwave heating apparatus in Embodiment 3 of this invention, and relationship explanatory drawing of a microwave radiation | emission part and a standing wave 本発明の実施の形態3におけるマイクロ波加熱装置の実効放射電力の分布図Distribution diagram of effective radiated power of microwave heating apparatus in embodiment 3 of the present invention 本発明の実施の形態4におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と被加熱物の上面図およびマイクロ波放射部と定在波の関係説明図The top view of the microwave radiation | emission part and to-be-heated material of the microwave heating apparatus in Embodiment 4 of this invention, and relationship explanatory drawing of a microwave radiation | emission part and a standing wave 本発明の実施の形態4におけるマイクロ波加熱装置の実効放射電力の分布図Distribution diagram of effective radiated power of microwave heating apparatus in embodiment 4 of the present invention 本発明の実施の形態5におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と被加熱物の上面図およびマイクロ波放射部と定在波の関係説明図The top view of the microwave radiation | emission part and to-be-heated material of the microwave heating apparatus in Embodiment 5 of this invention, and relationship explanatory drawing of a microwave radiation | emission part and a standing wave 本発明の実施の形態5におけるマイクロ波加熱装置の実効放射電力の分布図Distribution diagram of effective radiated power of microwave heating apparatus in embodiment 5 of the present invention 本発明の実施の形態5におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部の形状の説明図Explanatory drawing of the shape of the microwave radiation | emission part of the microwave heating apparatus in Embodiment 5 of this invention

第1の発明は、被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、マイクロ波を伝送する導波手段と、前記加熱室内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射部を有し、前記導波手段は、前記加熱室の内壁の中心に対して非対称に偏って設置され、前記マイクロ波放射部が位置する前記導波手段内のマイクロ波の位相により、前記加熱室内に放射するマイクロ波の指向性を、前記導波手段が偏った方向に平行に強くなるように調整するとしたものである。
A first invention is a heating chamber for storing an object to be heated, a microwave generating means for generating microwaves, a waveguide means for transmitting microwaves, and a microwave radiating section for radiating microwaves into the heating chamber. The waveguide means is installed asymmetrically with respect to the center of the inner wall of the heating chamber, and the microwave chamber in the waveguide means in which the microwave radiating portion is located, The directivity of the microwaves radiated to is adjusted so as to be strong in parallel with the direction in which the waveguide means is biased .

これによって、加熱室内のマイクロ波分布を変化させる制御因子が多くなり、筐体内部の構成部品により設置位置が制限され、導波手段が加熱室の内壁の中心に対して非対称に設置された場合でも、均一なマイクロ波加熱を実現し易くすることができる。   As a result, there are many control factors that change the microwave distribution in the heating chamber, the installation position is limited by the components inside the housing, and the waveguide means is installed asymmetrically with respect to the center of the inner wall of the heating chamber However, uniform microwave heating can be easily realized.

第2の発明は、特に、第1の発明において、前記導波手段が前記加熱室の内壁の中心に対して伝送および電界方向に対して直角方向にオフセンタとなっている場合、マイクロ波放射部が位置する前記導波手段内のマイクロ波の位相を概腹位置にすることにより、前記加熱室内に放射するマイクロ波の指向性を、前記導波手段が偏った方向、すなわち伝送および電界方向に対して直角方向に強くなるように調整するものである。
The second aspect of the invention is particularly a microwave radiating unit in the first aspect of the invention, in which the waveguide means is off-center in a direction perpendicular to the transmission and electric field direction with respect to the center of the inner wall of the heating chamber. By setting the phase of the microwave in the waveguide means in which the position of the microwave is located to be an approximate position, the directivity of the microwave radiated into the heating chamber is changed in the direction in which the waveguide means is biased, that is, in the transmission and electric field directions. On the other hand, the adjustment is made so as to be strong in the perpendicular direction .

これによって、伝送および電界方向に対して直角方向に放射されるマイクロ波量を増加させることにより、均一および高効率なマイクロ波加熱を実現できる。   Thereby, uniform and highly efficient microwave heating can be realized by increasing the amount of microwave radiated in a direction perpendicular to the transmission and electric field directions.

第3の発明は、特に、第1の発明において、前記導波手段が前記加熱室の内壁の中心に
対して伝送方向に偏っている場合、マイクロ波放射部が位置する前記導波手段内のマイクロ波の位相を概節位置にすることにより、前記加熱室内に放射するマイクロ波の指向性を、前記導波手段が偏った方向、すなわち伝送方向に強くなるように調整するものである。
In a third aspect of the invention, in particular, in the first aspect of the invention, the waveguide means is located at the center of the inner wall of the heating chamber.
On the other hand, when it is biased in the transmission direction, the directivity of the microwave radiated into the heating chamber is set by setting the phase of the microwave in the waveguide means in which the microwave radiating portion is located to the approximate position. Adjustment is made so that the waveguide means becomes stronger in the biased direction, that is, in the transmission direction .

これによって、伝送方向に放射されるマイクロ波量を増加させることにより、均一および高効率なマイクロ波加熱を実現できる。   Thereby, uniform and highly efficient microwave heating can be realized by increasing the amount of microwave radiated in the transmission direction.

第4の発明は、特に、第1〜3のいずれか1つの発明において、前記マイクロ波放射部を複数有するものである。   In a fourth aspect of the invention, in particular, in any one of the first to third aspects of the invention, a plurality of the microwave radiation portions are provided.

これによって、加熱室内のマイクロ波分布を調整すれば、広範囲において、より均一な加熱を実現するこが可能となる。   Thereby, if the microwave distribution in the heating chamber is adjusted, more uniform heating can be realized in a wide range.

第5の発明は、特に、第4の発明において、少なくとも2つの前記マイクロ波放射部が、前記導波手段内のマイクロ波の概同位相にそれぞれ位置するとしたものである。   According to a fifth aspect of the invention, in particular, in the fourth aspect of the invention, at least two of the microwave radiating portions are respectively positioned at substantially the same phase of the microwave in the waveguide means.

これによって、より均一な加熱を実現することが可能となる。   This makes it possible to achieve more uniform heating.

第6の発明は、特に、第4の発明において、少なくとも2つの前記マイクロ波放射部が、前記導波手段内のマイクロ波の異なる位相にそれぞれ位置するとしたものである。   In a sixth aspect of the invention, in particular, in the fourth aspect of the invention, at least two of the microwave radiating portions are respectively located at different phases of the microwave in the waveguide means.

これによって、より均一な加熱を実現することが可能となる。   This makes it possible to achieve more uniform heating.

第7の発明は、特に、第1〜6のいずれか1つの発明において、前記マイクロ波放射部が、円偏波を放射する形状となっているものである。
これによって、より均一な加熱を実現することが可能となる。
In a seventh aspect of the invention, in particular, in any one of the first to sixth aspects of the invention, the microwave radiating portion is shaped to radiate circularly polarized waves.
This makes it possible to achieve more uniform heating.

第8の発明は、第7の発明において、前記マイクロ波放射部は、2本のスリットを各々の中央で交差させることで同一の位相に配置させて円偏波を放射する構成としたものである
これによって、従来の直線偏波を用いたマイクロ波加熱装置によるマイクロ波加熱で問題とされていた、直接波と反射波の干渉によって生じる加熱室内に定在波を緩和することが可能となり、より均一なマイクロ波加熱を実現することができる
In an eighth aspect based on the seventh aspect, the microwave radiating section is configured to radiate circularly polarized waves by arranging two slits at the center of each to be arranged in the same phase. There is .
This makes it possible to alleviate standing waves in the heating chamber caused by interference between the direct wave and the reflected wave, which has been a problem in microwave heating by a conventional microwave heating apparatus using linearly polarized waves. Uniform microwave heating can be realized .

以下、本発明に係るマイクロ波加熱装置の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態のマイクロ波加熱装置においては電子レンジについて説明するが、電子レンジは例示であり、本発明のマイクロ波加熱装置は電子レンジに限定されるものではなく、誘電加熱を利用した加熱装置、生ゴミ処理機、あるいは半導体製造装置などのマイクロ波加熱装置を含むものである。また、本発明は、以下の実施の形態の具体的な構成に限定されるものではなく、同様の技術的思想に基づく構成が本発明に含まれる。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a microwave heating apparatus according to the invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the microwave heating apparatus of the following embodiment, a microwave oven will be described. However, the microwave oven is an example, and the microwave heating apparatus of the present invention is not limited to the microwave oven, and uses dielectric heating. And a microwave heating device such as a garbage processing machine or a semiconductor manufacturing device. Further, the present invention is not limited to the specific configurations of the following embodiments, and configurations based on similar technical ideas are included in the present invention.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるマイクロ波加熱装置の横断面図である。図2(a)は、本発明の実施の形態1におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と被加熱物の上面図、(b)は本発明の実施の形態1におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と定在波の関係説明図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of the microwave heating apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 2A is a top view of the microwave radiating unit and the object to be heated in the microwave heating apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a micro view of the microwave heating apparatus in the first embodiment of the present invention. It is a relation explanatory drawing of a wave radiation part and a standing wave.

すなわち、加熱室101と導波手段103とマイクロ波放射部104と被加熱物105の位置関係、およびマイクロ波放射部104と導波手段103内に生じる定在波206の関係を説明するための図である。   That is, the positional relationship among the heating chamber 101, the waveguide unit 103, the microwave radiating unit 104, and the object to be heated 105 and the relationship between the microwave radiating unit 104 and the standing wave 206 generated in the waveguide unit 103 are described. FIG.

図3は、本発明の実施の形態1におけるマイクロ波加熱装置の導波手段の電界と磁界と電流の関係説明図であり、導波手段103内に生じる電界301、磁界302、電流303の関係を説明するための図である。   FIG. 3 is an explanatory diagram of the relationship between the electric field, magnetic field, and current of the waveguide means of the microwave heating apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and the relationship between the electric field 301, magnetic field 302, and current 303 generated in the waveguide means 103. It is a figure for demonstrating.

図4は、マイクロ波放射部104の位置する導波手段103内のマイクロ波の位相により、放射されるマイクロ波の指向性が変化することを説明するための図であり、これらの結果は電磁界解析により求めた。図5(a)は、本発明の実施の形態1におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部とマイクロ波加熱弱領域の上面図(b)本発明の実施の形態1におけるマイクロ波放射部と定在波の関係説明図である。   FIG. 4 is a diagram for explaining that the directivity of the radiated microwave changes according to the phase of the microwave in the waveguide means 103 where the microwave radiating unit 104 is located. Obtained by field analysis. FIG. 5A is a top view of the microwave radiating portion and the microwave heating weak region of the microwave heating apparatus in the first embodiment of the present invention. FIG. 5B is a top view of the microwave radiating portion in the first embodiment of the present invention. It is a related explanatory view of standing waves.

すなわち、加熱室101と導波手段103とマイクロ波放射部104とマイクロ波加熱の弱領域501の位置関係およびマイクロ波放射部104と導波手段103内に生じる定在波206の関係を説明するための図である。   That is, the positional relationship among the heating chamber 101, the waveguide unit 103, the microwave radiating unit 104, and the microwave heating weak region 501 and the relationship between the microwave radiating unit 104 and the standing wave 206 generated in the waveguide unit 103 will be described. FIG.

図1に示すように、本実施の形態のマイクロ波加熱装置である電子レンジは、被加熱物105を収納する加熱室101と、マイクロ波発生手段102と、マイクロ波発生手段102から供給されるマイクロ波を加熱室101へ伝送するための導波手段103と、加熱室101内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射部104とを有している。   As shown in FIG. 1, a microwave oven that is a microwave heating apparatus of the present embodiment is supplied from a heating chamber 101 that stores an object to be heated 105, a microwave generation unit 102, and a microwave generation unit 102. Waveguide means 103 for transmitting microwaves to the heating chamber 101 and a microwave radiating section 104 for radiating microwaves into the heating chamber 101 are provided.

なお、マイクロ波発生手段102にはマグネトロン、導波手段103には矩形導波管、マイクロ波放射部104には導波手段103に設けた開口部を用いることでこの構成を容易に実現できる。   This configuration can be easily realized by using a magnetron for the microwave generation means 102, a rectangular waveguide for the waveguide means 103, and an opening provided in the waveguide means 103 for the microwave radiation section 104.

図2に示すように、加熱室101内にマイクロ波を放射する複数のマイクロ波放射部104を有している。さらに、導波手段における伝送方向の中心軸203が導波手段103を設置した加熱室の内壁の中心201を通らない位置関係となっている構成として説明を行なう。   As shown in FIG. 2, the heating chamber 101 has a plurality of microwave radiating portions 104 that radiate microwaves. Further, the description will be made assuming that the central axis 203 in the transmission direction of the waveguide means is in a positional relationship that does not pass through the center 201 of the inner wall of the heating chamber in which the waveguide means 103 is installed.

なお、本発明において、導波手段における伝送方向の中心軸203が導波手段103を設置した加熱室の内壁の中心201を通らない位置関係となっている構成をオフセンタと呼ぶ。   In the present invention, a configuration in which the central axis 203 in the transmission direction of the waveguide means is in a positional relationship that does not pass through the center 201 of the inner wall of the heating chamber in which the waveguide means 103 is installed is called off-center.

以上のように構成されたマイクロ波加熱装置について、以下その動作、作用を説明する。   About the microwave heating apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.

最初にマイクロ波加熱装置の概略動作について説明を行う。使用者により加熱室101内に被加熱物105が置かれ、加熱開始指示が行われると、マイクロ波加熱装置は、マイクロ波発生手段102であるマグネトロンから導波手段103内にマイクロ波を供給し、加熱室101と導波手段103とを接続しているマイクロ波放射部104を通じて、加熱室101内にマイクロ波を放射することで、マイクロ波加熱装置は被加熱物105の加熱を行なう。   First, the general operation of the microwave heating apparatus will be described. When the object to be heated 105 is placed in the heating chamber 101 by the user and an instruction to start heating is given, the microwave heating apparatus supplies the microwave from the magnetron, which is the microwave generating means 102, into the waveguide means 103. The microwave heating apparatus heats the object to be heated 105 by radiating microwaves into the heating chamber 101 through the microwave radiating portion 104 connecting the heating chamber 101 and the waveguide means 103.

次に、加熱室101の内壁形状502による、加熱室101内のマイクロ波分布の不均一性について説明する。   Next, the non-uniformity of the microwave distribution in the heating chamber 101 due to the inner wall shape 502 of the heating chamber 101 will be described.

加熱室101内の内壁形状502は、非対称である場合が多く、誘電率の異なる多数の部品が取付けられている。具体例としては、主に以下の3点が挙げられる。1点目は、被加熱物105を取出すためのドア106およびドアガラス107が取付けてあることである。2点目は、被加熱物105を輻射加熱するために上面または底面にヒータ108が取付けてあることである。3点目は、被加熱物105を対流加熱するために背面裏側にヒータ108および対流ファン109を取付けるため、内壁形状502が複雑となっていることである。   The inner wall shape 502 in the heating chamber 101 is often asymmetric, and a large number of parts having different dielectric constants are attached. As specific examples, there are mainly the following three points. The first point is that a door 106 and a door glass 107 for taking out the object 105 to be heated are attached. The second point is that a heater 108 is attached to the upper surface or the bottom surface to radiately heat the article 105 to be heated. The third point is that the inner wall shape 502 is complicated because the heater 108 and the convection fan 109 are attached to the back side of the back surface in order to convectively heat the article 105 to be heated.

上記のように、加熱室101の内壁形状502が非対称または誘電率の異なる部品が取付けられていると、加熱室101の内壁で反射して被加熱物105を加熱する反射波による加熱が不均一となる。   As described above, when the inner wall shape 502 of the heating chamber 101 is asymmetrical or a component having a different dielectric constant is attached, heating by the reflected wave that reflects the inner wall of the heating chamber 101 and heats the object to be heated 105 is uneven. It becomes.

なお、本発明において、マイクロ波放射部104から放射され加熱物を直接加熱するマイクロ波を直接波と呼び、加熱室101の内壁で反射したマイクロ波を反射波と呼ぶ。
Note that in the present invention, microwaves radiated from the microwave radiating unit 104 and directly heating an object to be heated are called direct waves, and microwaves reflected by the inner wall of the heating chamber 101 are called reflected waves.

次に、導波手段103と加熱室101の位置関係による、加熱室101内のマイクロ波分布の不均一性について説明する。   Next, the non-uniformity of the microwave distribution in the heating chamber 101 due to the positional relationship between the waveguide means 103 and the heating chamber 101 will be described.

近年、マイクロ波加熱機能だけではなく、他の加熱方式(水蒸気加熱、輻射加熱、熱風加熱など)を有するマイクロ波加熱装置が登場している。このため、他の加熱機能の性能を確保するため、オフセンタとなる場合が多い。   In recent years, microwave heating apparatuses having not only a microwave heating function but also other heating methods (water vapor heating, radiation heating, hot air heating, etc.) have appeared. For this reason, in order to ensure the performance of other heating functions, it is often off-center.

このため、導波手段における伝送方向の中心軸203を対称軸にしてマイクロ波放射部104を配置したとしても加熱室101内に均一なマイクロ波分布を得ることは困難である。   For this reason, it is difficult to obtain a uniform microwave distribution in the heating chamber 101 even if the microwave radiating section 104 is arranged with the central axis 203 in the transmission direction of the waveguide means as the axis of symmetry.

具体例としては、主に以下の2点が挙げられる。1点目は、水蒸気加熱機能を有する場合であり、水蒸気加熱機能を実現するために水タンク110、ポンプ111、ヒータ108、加熱室101内へ水蒸気を噴出する噴出口112などを加熱室101内外に設置する必要があることである。   As specific examples, there are mainly the following two points. The first point is a case of having a water vapor heating function, and in order to realize the water vapor heating function, a water tank 110, a pump 111, a heater 108, a spout 112 for jetting water vapor into the heating chamber 101, and the like inside and outside the heating chamber 101 It is necessary to install in.

2点目は、輻射加熱機能を有する場合であり、上面または底面にヒータ108を設置す
る必要があることである。
The second point is a case where a radiation heating function is provided, and it is necessary to install the heater 108 on the upper surface or the bottom surface.

また、マイクロ波加熱装置の筐体内に設置されているインバータ、マグネトロン、制御基盤などからの発熱量は多く、十分に冷却をしなければ、正常な動作ができない部品または焼損する部品がある。よって、十分な冷却性能を確保するために冷却風路113の設置位置が優先され、オフセンタとなる場合が多い。   Further, the amount of heat generated from the inverter, magnetron, control board, etc. installed in the casing of the microwave heating device is large, and there are parts that cannot operate normally or are burnt out unless they are sufficiently cooled. Therefore, in order to ensure sufficient cooling performance, the installation position of the cooling air passage 113 is prioritized and is often off-center.

以上のことより、マイクロ波放射部104から放射されるマイクロ波に指向性を持たせなければ、被加熱物105を均一にマイクロ波加熱することは困難である。   From the above, it is difficult to uniformly heat the object 105 to be heated unless the microwave radiated from the microwave radiating unit 104 has directivity.

従来は、マイクロ波放射部104が、単一または導波手段における伝送方向の中心軸203が対称軸となるように配置していたため、導波手段103がオフセンタの場合は、加熱室101内のマイクロ波分布が加熱室の内壁の中心201に対して非対称となり、被加熱物105を均一に加熱することができなかった。   Conventionally, the microwave radiating unit 104 is arranged so that the central axis 203 in the transmission direction of the single or waveguide means is a symmetric axis. Therefore, when the waveguide means 103 is off-center, the inside of the heating chamber 101 The microwave distribution was asymmetric with respect to the center 201 of the inner wall of the heating chamber, and the object to be heated 105 could not be heated uniformly.

次に、マイクロ波放射部104から放射されるマイクロ波の指向性を調整する構成について説明する。   Next, a configuration for adjusting the directivity of the microwave radiated from the microwave radiating unit 104 will be described.

図2の(b)に示すように、導波手段103として矩形導波管を用いている場合、マイクロ波発生手段102から発生した進行波と導波管の終端202で反射した反射波が互いに干渉し、導波管内に定在波206が生じる。マイクロ波放射部104の位置する定在波206の位相によって、マイクロ波放射部104の有する指向性は変化する。指向性が変化する原理については以下で説明する。   As shown in FIG. 2B, when a rectangular waveguide is used as the waveguide means 103, the traveling wave generated from the microwave generation means 102 and the reflected wave reflected at the end 202 of the waveguide are mutually connected. Interfering creates a standing wave 206 in the waveguide. The directivity of the microwave radiating unit 104 varies depending on the phase of the standing wave 206 where the microwave radiating unit 104 is located. The principle of changing directivity will be described below.

図3を用いて、定在波206における電界301・磁界302・電流303の関係について説明する。進行波は電界301と磁界302の方向は90°ずれており、位相は同一である。これに対し、定在波206は電界301と磁界302の方向は90°ずれており、位相はπ/2ずれている。よって、定在波206が発生している矩形導波管内の電界301と磁界302の関係は図4のようになる。これは、定在波206の場合は、進行波が導波管の終端202で反射する際に、電界301の位相が180°ずれることが主な原因である。なお、電流303は導波手段103の表面を磁界302に直交する方向に流れる。   The relationship among the electric field 301, magnetic field 302, and current 303 in the standing wave 206 will be described with reference to FIG. In the traveling wave, the directions of the electric field 301 and the magnetic field 302 are shifted by 90 °, and the phase is the same. On the other hand, in the standing wave 206, the directions of the electric field 301 and the magnetic field 302 are shifted by 90 °, and the phase is shifted by π / 2. Therefore, the relationship between the electric field 301 and the magnetic field 302 in the rectangular waveguide in which the standing wave 206 is generated is as shown in FIG. In the case of the standing wave 206, this is mainly due to the fact that the phase of the electric field 301 is shifted by 180 ° when the traveling wave is reflected at the end 202 of the waveguide. The current 303 flows on the surface of the waveguide means 103 in a direction perpendicular to the magnetic field 302.

定在波206が発生している矩形導波管内の電界方向207に垂直な面にマイクロ波放射部104を設置した場合の、マイクロ波の指向性についての原理説明を行なう。   The principle of microwave directivity when the microwave radiating unit 104 is installed on a plane perpendicular to the electric field direction 207 in the rectangular waveguide where the standing wave 206 is generated will be described.

図3に示すように導波管内の定在波206について、概腹位置208と概節位置209にマイクロ波放射部104が置かれた場合について考える。マイクロ波放射部104における電流303の伝送方向205成分と伝送および電界方向に対して直角方向204成分を考えた場合、概腹位置に置かれたマイクロ波放射部104における電流303には伝送および電界方向に対して直角方向204成分が多い。   As shown in FIG. 3, consider a case where the microwave radiating portion 104 is placed at the approximate antinode position 208 and the approximate node position 209 for the standing wave 206 in the waveguide. When considering the transmission direction 205 component of the current 303 in the microwave radiating unit 104 and the direction 204 component perpendicular to the transmission and electric field direction, the current 303 in the microwave radiating unit 104 placed at the approximate abdominal position includes the transmission and electric field. There are many 204 components perpendicular to the direction.

電流303の流れる方向と電界301が拡がる方向は同一であるので、放射されるマイクロ波は、伝送および電界方向に対して直角方向204に指向性を持つ。   Since the direction in which the current 303 flows and the direction in which the electric field 301 spreads are the same, the radiated microwave has directivity in the direction 204 perpendicular to the transmission and electric field direction.

また、概節位置に置かれたマイクロ波放射部104における電流303には伝送方向205成分が多い。このため、放射されるマイクロ波は、伝送方向205に指向性を持つ。   In addition, the current 303 in the microwave radiation unit 104 placed at the approximate node position has many components in the transmission direction 205. For this reason, the emitted microwave has directivity in the transmission direction 205.

次に、マイクロ波放射部104直下の定在波206の位相と放射されるマイクロ波の指向性の関係を図4に示す。   Next, FIG. 4 shows the relationship between the phase of the standing wave 206 immediately below the microwave radiating unit 104 and the directivity of the emitted microwave.

なお、図4は本発明の実施の形態1におけるマイクロ波加熱装置の導波手段内に生じる定在波の位相と指向性の関係説明図であり、電磁界解析によって求めたものである。図4(a)は、導波管の終端からマイクロ波放射部104の距離を変えることにより、マイクロ波放射部104直下の導波管内の定在波の位相を変えた図、(b)は、位相が約0°(概腹位置)の場合は、上述の原理説明と同様に伝送方向205にマイクロ波の指向性を有することを示す図である。   FIG. 4 is an explanatory diagram of the relationship between the phase and directivity of the standing wave generated in the waveguide means of the microwave heating apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and is obtained by electromagnetic field analysis. FIG. 4A is a diagram in which the phase of the standing wave in the waveguide directly under the microwave radiating portion 104 is changed by changing the distance of the microwave radiating portion 104 from the end of the waveguide, and FIG. In the case where the phase is about 0 ° (generally abdominal position), it is a diagram showing that the transmission direction 205 has microwave directivity as in the above description of the principle.

定在波206の腹位置を位相0°とし、節位置を180°として、位相約0°から約180°まで約45°刻みで、マイクロ波放射部104から放射されるマイクロ波の分布を電磁界解析により求めた。   The position of the antinode of the standing wave 206 is set to 0 °, the node position is set to 180 °, and the distribution of the microwave radiated from the microwave radiating unit 104 is electromagnetic in steps of about 45 ° from the phase of about 0 ° to about 180 °. Obtained by field analysis.

なお、図4の(a)に示すように、本解析では導波管の終端202からマイクロ波放射部104の距離を変えることにより、マイクロ波放射部104の位置する導波管内の定在波206の位相を変えている。   As shown in FIG. 4A, in this analysis, the standing wave in the waveguide where the microwave radiating unit 104 is located is changed by changing the distance from the end 202 of the waveguide to the microwave radiating unit 104. The phase of 206 is changed.

図4の(a)のように位相が約0°(概腹位置208)の場合は、上述の原理説明と同様に伝送および電界方向に対して直角方向204の指向性を有する。   As shown in FIG. 4A, when the phase is about 0 ° (generally antinode position 208), the directivity in the direction perpendicular to the direction of transmission and electric field 204 is obtained as in the above description of the principle.

位相を約45°ずらしていくことによって、マイクロ波の指向性は、反時計回りに推移していき、位相が約180°(概節位置209)の場合に伝送方向205にマイクロ波の指向性を有する。これも上述の原理説明と一致している。   By shifting the phase by about 45 °, the directivity of the microwave changes counterclockwise, and when the phase is about 180 ° (general node position 209), the directivity of the microwave in the transmission direction 205 Have This is also consistent with the above explanation of the principle.

上記の技術を応用することにより、狙った方向に指向性を有するマイクロ波放射部104を設置することができ、加熱室101内の不均一なマイクロ波分布を改善することが可能となる。   By applying the above technique, the microwave radiating unit 104 having directivity in the target direction can be installed, and the non-uniform microwave distribution in the heating chamber 101 can be improved.

次に、図4に示した解析結果の解析条件を以下に記載する。   Next, analysis conditions for the analysis results shown in FIG. 4 are described below.

本解析では、矩形導波管を用いてマイクロ波発生装置であるマグネトロンから発生したマイクロ波を伝送し、導波管の伝送方向205には磁界302成分のみが存在して、電界301成分のない伝送モードであるH波(TE波;電気的横波伝送 Transverse Electric Wave)におけるTE10モードという伝送モードにより、マイクロ波が伝送されている場合を想定している。   In this analysis, a microwave generated from a magnetron, which is a microwave generator, is transmitted using a rectangular waveguide, and only the magnetic field 302 component exists in the transmission direction 205 of the waveguide, and there is no electric field 301 component. A case is assumed in which microwaves are transmitted in a transmission mode called a TE10 mode in an H wave (TE wave; Transverse Electric Wave) which is a transmission mode.

なお、TE10モード以外の伝送モードがマイクロ波加熱装置の導波手段103に適用されることは殆どない。なお、導波管の伝送および電界方向に対して直角方向204の寸法の上限および下限は、マイクロ波の周波数と、導波管の電界方向207の寸法によって決定される。   Note that transmission modes other than the TE10 mode are rarely applied to the waveguide means 103 of the microwave heating apparatus. Note that the upper and lower limits of the dimension in the direction perpendicular to the transmission and electric field direction of the waveguide are determined by the frequency of the microwave and the dimension in the electric field direction 207 of the waveguide.

本解析における矩形導波管は、電界方向207の寸法が30mm、伝送および電界方向に対して直角方向204の寸法が100mmとなっており、解析に用いたマイクロ波の周波数は2.46GHzとした。   The rectangular waveguide in this analysis is 30 mm in the electric field direction 207 and 100 mm in the direction 204 perpendicular to the transmission and electric field directions, and the microwave frequency used in the analysis is 2.46 GHz. .

また、放射方向を90°変えるために必要なマイクロ波放射部104の移動距離は、管内定在波206の約半波長分であり、解析に用いたマイクロ波の周波数は2.46GHzであるので、放射方向を90°変えるために必要なマイクロ波放射部104の移動距離は、約60mmとなる。   Further, the moving distance of the microwave radiating unit 104 necessary for changing the radiation direction by 90 ° is about a half wavelength of the standing wave 206 in the tube, and the frequency of the microwave used for the analysis is 2.46 GHz. The moving distance of the microwave radiating unit 104 necessary for changing the radiation direction by 90 ° is about 60 mm.

また、図2に示すように、マイクロ波放射部104の形状は2本のスリットを各スリッ
トの中央で直交させ、伝送方向205に対してスリットを45°傾けた構成となっている。
As shown in FIG. 2, the microwave radiating unit 104 has a configuration in which two slits are orthogonal to each other at the center of each slit and the slit is inclined by 45 ° with respect to the transmission direction 205.

また、マイクロ波放射部104の数は1個、各スリットの長さは55mm、図4の(b)における指向性の表示データは実効放射電力である。   Further, the number of the microwave radiating portions 104 is one, the length of each slit is 55 mm, and the directional display data in FIG. 4B is the effective radiated power.

上記のオフセンタによる直接波・反射波の不均一性および加熱室101の内壁形状502・ドアガラス107などによる反射波の不均一性により、加熱室101内のマイクロ波分布が不均一になっている場合に、上述のマイクロ波放射部104の位置する導波手段103内のマイクロ波の位相により、放射するマイクロ波の指向性を調整し、加熱室101内のマイクロ波分布を改善する方法の一例を説明する。   The microwave distribution in the heating chamber 101 is non-uniform due to the non-uniformity of the direct wave / reflected wave due to the off-center and the non-uniformity of the reflected wave due to the inner wall shape 502 of the heating chamber 101, the door glass 107, and the like. In this case, an example of a method for improving the microwave distribution in the heating chamber 101 by adjusting the directivity of the microwave to be radiated by the phase of the microwave in the waveguide unit 103 where the microwave radiating unit 104 is located. Will be explained.

まず、図2のように導波手段103が加熱室の内壁の中心201に対して、伝送および電界方向に対して直角方向204にオフセンタとなっている場合について考える。   First, consider the case where the waveguide means 103 is off-center in the direction 204 perpendicular to the transmission and electric field direction with respect to the center 201 of the inner wall of the heating chamber as shown in FIG.

従来のマイクロ波加熱を用いると、マイクロ波放射部104からの距離が長くなるに従って、被加熱物105の加熱が弱くなる傾向がある。よって、図2に示したような位置に置かれた被加熱物105においては、マイクロ波加熱は弱く、低効率な加熱となってしまう。   When the conventional microwave heating is used, the heating of the article 105 to be heated tends to be weakened as the distance from the microwave radiating portion 104 becomes longer. Therefore, in the to-be-heated object 105 placed at a position as shown in FIG. 2, microwave heating is weak and low-efficiency heating occurs.

そこで、 上述のマイクロ波放射部104の位置する導波手段103内のマイクロ波の位相と指向性の関係を利用して、概腹位置208にマイクロ波放射部104を設置することにより、伝送および電界方向に対して直角方向204に放射されるマイクロ波量を増加させることにより、均一および高効率なマイクロ波加熱を実現できる。   Therefore, by utilizing the relation between the phase and directivity of the microwave in the waveguide means 103 where the microwave radiating unit 104 is located, the microwave radiating unit 104 is installed at the approximate abdominal position 208, so that transmission and transmission can be performed. By increasing the amount of microwaves radiated in the direction 204 perpendicular to the electric field direction, uniform and highly efficient microwave heating can be realized.

また、図5のように加熱室101の内壁形状502・ドアガラス107などの影響による反射波の不均一性により、指向性のないマイクロ波放射部104を用いると、導波手段103の伝送および電界方向に対して直角方向204にマイクロ波加熱の弱領域501が生じる場合を考える。   Further, as shown in FIG. 5, due to the non-uniformity of the reflected wave due to the influence of the inner wall shape 502 of the heating chamber 101, the door glass 107, etc., the transmission of the waveguide means 103 and Consider a case where a weak region 501 of microwave heating occurs in a direction 204 perpendicular to the electric field direction.

この場合も上記のオフセンタの場合と同様に、概腹位置208にマイクロ波放射部104を設置することにより、伝送および電界方向に対して直角方向204に放射されるマイクロ波量を増加させることにより、均一および高効率なマイクロ波加熱を実現できる。   Also in this case, as in the case of the off-center described above, by installing the microwave radiating unit 104 at the approximate abdominal position 208, the amount of microwaves radiated in the direction 204 perpendicular to the transmission and electric field direction is increased. Uniform and highly efficient microwave heating can be realized.

(実施の形態2)
図6の(a)は、本発明の実施の形態2におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と被加熱物の上面図(b)本発明の実施の形態2におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部と定在波の関係説明図である。
(Embodiment 2)
FIG. 6A is a top view of the microwave radiating unit and the object to be heated of the microwave heating apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6B is a microwave diagram of the microwave heating apparatus according to the second embodiment of the present invention. It is explanatory drawing of the relationship between the microwave radiation | emission part of a heating apparatus, and a standing wave.

すなわち、加熱室101と導波手段103とマイクロ波放射部104と被加熱物105の位置関係を示した図であり、導波手段103がオフセンタとなっていることを示している。また、図6の(b)は、マイクロ波放射部104の位置と導波手段103内の定在波206の位相の関係を示した図である。   That is, it is a diagram showing the positional relationship between the heating chamber 101, the waveguide means 103, the microwave radiating portion 104, and the article to be heated 105, and shows that the waveguide means 103 is off-center. FIG. 6B is a diagram showing the relationship between the position of the microwave radiating unit 104 and the phase of the standing wave 206 in the waveguide unit 103.

図7の(a)は、本実施の形態における加熱室101と導波手段103とマイクロ波放射部104と被加熱物105の位置関係を示した図であり、加熱室101の内壁形状502・ドアガラス107などによる反射波の不均一性により、マイクロ波加熱の弱領域501が生じていることを示している。また、図7の(b)は、マイクロ波放射部104の位置と導波手段103内の定在波206の位相の関係を示した図である。   FIG. 7A is a diagram showing the positional relationship among the heating chamber 101, the waveguide means 103, the microwave radiating unit 104, and the article to be heated 105 in the present embodiment. This shows that the microwave heating weak region 501 is generated due to the non-uniformity of the reflected wave by the door glass 107 or the like. FIG. 7B shows the relationship between the position of the microwave radiating unit 104 and the phase of the standing wave 206 in the waveguide unit 103.

なお、図面において、(実施の形態1)と同一動作を示す部分は同一番号を付与している。また、(実施の形態2)における基本的な動作は(実施の形態1)と同様であるとして、以下その動作、作用を説明する。   In the drawings, the same reference numerals are given to the portions showing the same operations as those in (Embodiment 1). Further, assuming that the basic operation in (Embodiment 2) is the same as in (Embodiment 1), the operation and action will be described below.

(実施の形態1)と同様に図6および図7に示したように、オフセンタによる直接波・反射波の不均一性および加熱室101の内壁形状502・ドアガラス107などによる反射波の不均一性により、加熱室101内のマイクロ波分布が不均一になっている場合に、上述のマイクロ波放射部104の位置する導波手段103内のマイクロ波の位相により、放射するマイクロ波の指向性を調整し、加熱室101内のマイクロ波分布を改善する方法の一例を説明する。   6 and 7 as in the first embodiment, the non-uniformity of the direct wave / reflected wave due to off-center and the non-uniformity of the reflected wave due to the inner wall shape 502 of the heating chamber 101, the door glass 107, etc. When the microwave distribution in the heating chamber 101 is non-uniform due to the characteristics, the directivity of the microwave to be radiated by the phase of the microwave in the waveguide unit 103 where the microwave radiating unit 104 is located is described. An example of a method for improving the microwave distribution in the heating chamber 101 will be described.

まず、図6のように導波手段103が加熱室の内壁の中心201に対して、伝送方向205に偏った配置となっている場合について考える。   First, consider a case in which the waveguide means 103 is arranged in the transmission direction 205 with respect to the center 201 of the inner wall of the heating chamber as shown in FIG.

従来のマイクロ波加熱を用いると、マイクロ波放射部104からの距離が長くなるに従って、被加熱物105の加熱が弱くなる傾向がある。よって、図6に示したような位置に置かれた被加熱物105においては、マイクロ波加熱は弱く、低効率な加熱となってしまう。   When the conventional microwave heating is used, the heating of the article 105 to be heated tends to be weakened as the distance from the microwave radiating portion 104 becomes longer. Therefore, in the to-be-heated object 105 placed at a position as shown in FIG. 6, microwave heating is weak and low-efficiency heating occurs.

そこで、 上述のマイクロ波放射部104の位置する導波手段103内のマイクロ波の位相と指向性の関係を利用して、概節位置209にマイクロ波放射部104を設置することにより、伝送方向205に放射されるマイクロ波量を増加させることにより、均一および高効率なマイクロ波加熱を実現できる。   Therefore, by utilizing the relationship between the phase and directivity of the microwave in the waveguide means 103 where the microwave radiating unit 104 is located, the microwave radiating unit 104 is installed at the approximate node position 209, thereby transmitting the transmission direction. By increasing the amount of microwave radiated to 205, uniform and highly efficient microwave heating can be realized.

また、図7のように加熱室101の内壁形状502・ドアガラス107などの影響による反射波の不均一性により、導波手段103の伝送および電界方向に対して直角方向204にマイクロ波加熱の弱領域501が生じる場合を考える。
この場合も上記のオフセンタの場合と同様に、概節位置209にマイクロ波放射部104を設置することにより、伝送方向205に放射されるマイクロ波量を増加させることにより、均一および高効率なマイクロ波加熱を実現できる。
Further, as shown in FIG. 7, due to the non-uniformity of the reflected wave due to the influence of the inner wall shape 502 of the heating chamber 101, the door glass 107, etc., the microwave heating in the direction 204 perpendicular to the transmission of the waveguide means 103 and the electric field direction is performed. Consider a case where a weak region 501 occurs.
In this case as well, as in the case of the off-center described above, by installing the microwave radiating unit 104 at the approximate node position 209, the amount of microwave radiated in the transmission direction 205 is increased, so that a uniform and highly efficient micro wave is obtained. Wave heating can be realized.

(実施の形態3)
図8の(a)は、本発明の実施の形態3における加熱室101と導波手段103とマイクロ波放射部104と被加熱物105の位置関係を示した図である。図8の(b)は、マイクロ波放射部104の位置と導波手段103内の定在波206の位相の関係を示した図である。
(Embodiment 3)
FIG. 8A is a diagram showing a positional relationship among the heating chamber 101, the waveguide means 103, the microwave radiating unit 104, and the article to be heated 105 in the third embodiment of the present invention. FIG. 8B is a diagram illustrating the relationship between the position of the microwave radiating unit 104 and the phase of the standing wave 206 in the waveguide unit 103.

図9は、本実施の形態におけるマイクロ波放射部104から放射される直接波の分布を電磁界解析により求めたものであり、指向性の表示データは実効放射電力である。なお、マイクロ波放射部104の数は2個であること以外は、(実施の形態1)の解析条件と同じである。   FIG. 9 shows the distribution of direct waves radiated from the microwave radiating unit 104 in the present embodiment by electromagnetic field analysis, and the directional display data is effective radiated power. The analysis conditions in (Embodiment 1) are the same as those in (Embodiment 1), except that the number of microwave radiation units 104 is two.

図面において、(実施の形態1)または(実施の形態2)と同一動作を示す部分は同一番号を付与している。また、(実施の形態3)における基本的な動作は(実施の形態1)および(実施の形態2)と同様であるとして、以下その動作、作用を説明する。   In the drawing, the same reference numerals are given to portions showing the same operations as those in (Embodiment 1) or (Embodiment 2). Further, assuming that the basic operation in (Embodiment 3) is the same as that in (Embodiment 1) and (Embodiment 2), the operation and action will be described below.

まず、複数のマイクロ波放射部104を有するマイクロ波加熱装置の利点について説明する。   First, the advantage of the microwave heating apparatus having the plurality of microwave radiating units 104 will be described.

単一のマイクロ波放射部104から放射されるマイクロ波には放射角があるため、単一
のマイクロ波放射部104で強く加熱できる範囲には限界があり、マイクロ波放射部104上が強く加熱される傾向があるため、不均一なマイクロ波加熱となってしまうことが多い。
Since the microwave radiated from the single microwave radiating unit 104 has a radiation angle, there is a limit to the range in which the single microwave radiating unit 104 can be heated strongly, and the microwave radiating unit 104 is heated strongly. This often results in non-uniform microwave heating.

特に、加熱室101の底面にマイクロ波放射部104が設置されている場合においては、被加熱物105がマイクロ波放射部104に対して近距離に置かれることが多く、マイクロ波が十分に拡がらず、マイクロ波の集中が顕著となる。   In particular, in the case where the microwave radiating unit 104 is installed on the bottom surface of the heating chamber 101, the object to be heated 105 is often placed at a short distance from the microwave radiating unit 104, and the microwave is sufficiently expanded. The microwave concentration becomes remarkable.

よって、マイクロ波放射部104の数を増やすことにより、加熱室101内のマイクロ波分布を調整すれば、広範囲において、より均一な加熱を実現するこが可能となる。   Therefore, by adjusting the microwave distribution in the heating chamber 101 by increasing the number of the microwave radiating units 104, more uniform heating can be realized in a wide range.

また、各々のマイクロ波放射部104の位置する導波手段103内のマイクロ波の位相を調整することにより、各々のマイクロ波放射部104から放射されるマイクロ波の指向性を調整すると供に、各々のマイクロ波放射部104から放射されるマイクロ波の相互干渉を利用して、単一のマイクロ波放射部104では実現できないマイクロ波分布を得ることが可能となり、均一加熱を実現することが可能となる。   In addition, by adjusting the phase of the microwave in the waveguide means 103 where each microwave radiating unit 104 is located, the directivity of the microwave radiated from each microwave radiating unit 104 is adjusted, By utilizing the mutual interference of the microwaves radiated from each of the microwave radiating units 104, it is possible to obtain a microwave distribution that cannot be achieved by the single microwave radiating unit 104, and to achieve uniform heating. It becomes.

次に、図8に示したように導波手段103内の定在波206の位相における概腹位置208に2個のマイクロ波放射部104を伝送方向205に並べて設置した際の加熱室101内への直接波の実効放射電力の分布が図9のようになる理由を説明する。   Next, as shown in FIG. 8, in the heating chamber 101 when two microwave radiating portions 104 are arranged side by side in the transmission direction 205 at the approximate abdominal position 208 in the phase of the standing wave 206 in the waveguide means 103. The reason why the distribution of the effective radiant power of the direct wave to the waveform is as shown in FIG.

(実施の形態1)の図4で説明したように、概腹位置208に設置されたマイクロ波放射部104からは、伝送および電界方向に対して直角方向204に指向性を持ったマイクロ波が放射される。   As described with reference to FIG. 4 of (Embodiment 1), a microwave having directivity in the direction 204 perpendicular to the transmission and electric field direction is transmitted from the microwave radiating unit 104 installed at the approximate abdominal position 208. Radiated.

本実施の形態では、概腹位置208に2個のマイクロ波放射部104が設置されており、各々のマイクロ波放射部104からそれぞれ伝送および電界方向に対して直角方向204に指向性を持ったマイクロ波が放射され、加熱室101内で相互干渉する。   In the present embodiment, two microwave radiating portions 104 are installed at the approximate abdominal position 208, and each microwave radiating portion 104 has directivity in the direction 204 perpendicular to the transmission and electric field directions. Microwaves are emitted and interfere with each other in the heating chamber 101.

任意の点でのマイクロ波の相互干渉は、各々のマイクロ波放射部104からの距離によって決定される。放射されるマイクロ波に指向性がない場合、任意の点までの各々のマイクロ波放射部104から距離の差がマイクロ波の加熱室101内での波長の1/2の偶数倍(0を含む)の時、マイクロ波は強め合い、奇数倍の時は弱め合う。   The mutual interference of the microwaves at an arbitrary point is determined by the distance from each microwave radiation unit 104. When the radiated microwave has no directivity, the difference in distance from each microwave radiating unit 104 to an arbitrary point is an even multiple of half the wavelength in the microwave heating chamber 101 (including 0). ), The microwaves strengthen each other, and when odd times, they weaken each other.

なお、一般的なマイクロ波加熱装置用いられるマイクロ波の周波数2.45GHzの場合、加熱室101内などの空気中での波長は、約120mmである。   Note that in the case of a microwave frequency of 2.45 GHz used in a general microwave heating apparatus, the wavelength in the air such as in the heating chamber 101 is about 120 mm.

しかしながら、概腹位置208に設置されたマイクロ波放射部104は、上述の指向性を有しているため、図8の(a)に示したように概腹位置208にある2個のマイクロ波放射部104を伝送方向205へ並べて設置した位置関係では、マイクロ波の相互干渉が直接波の分布に明瞭な影響を及ぼすことはなく、図9に示したように両方のマイクロ波放射部104から伝送および電界方向に対して直角方向204に指向性を持った実効放射電力の分布となる。   However, since the microwave radiation unit 104 installed at the approximate abdominal position 208 has the above-described directivity, the two microwaves at the approximate abdominal position 208 as shown in FIG. In the positional relationship in which the radiating units 104 are arranged side by side in the transmission direction 205, the mutual interference of the microwaves does not clearly affect the direct wave distribution. As shown in FIG. The distribution of effective radiated power has directivity in the direction 204 perpendicular to the transmission and electric field directions.

図9に示すような実効放射電力の分布の場合、図8の(a)に示したように、マイクロ波放射部104を中心として、実効放射電力の強い四隅に被加熱物105を置くことで、均一加熱が可能となる。   In the case of the distribution of effective radiated power as shown in FIG. 9, as shown in FIG. 8A, the object to be heated 105 is placed at the four corners where the effective radiated power is strong with the microwave radiating portion 104 as the center. , Uniform heating becomes possible.

(実施の形態4)
図10の(a)は、本発明の実施の形態4における加熱室101と導波手段103とマ
イクロ波放射部104と被加熱物105の位置関係を示した図である。図10の(b)は、マイクロ波放射部104の位置と導波手段103内の定在波206の位相の関係を示した図である。
(Embodiment 4)
FIG. 10A is a diagram showing the positional relationship among the heating chamber 101, the waveguide means 103, the microwave radiating unit 104, and the article to be heated 105 in the fourth embodiment of the present invention. FIG. 10B is a diagram illustrating the relationship between the position of the microwave radiating unit 104 and the phase of the standing wave 206 in the waveguide unit 103.

図11は、本実施の形態におけるマイクロ波放射部104から放射される直接波の分布を電磁界解析により求めたものであり、マイクロ波分布を実効放射電力で表示している。   FIG. 11 shows the distribution of direct waves radiated from the microwave radiating unit 104 according to the present embodiment by electromagnetic field analysis, and the microwave distribution is displayed as effective radiated power.

図面において、(実施の形態1)〜(実施の形態3)と同一動作を示す部分は同一番号を付与している。また、(実施の形態4)における基本的な動作および電磁界解析の条件は(実施の形態1)〜(実施の形態3)と同様であるとして、以下その動作、作用を説明する。   In the drawing, the same reference numerals are given to portions showing the same operations as those in (Embodiment 1) to (Embodiment 3). Further, assuming that the basic operation and electromagnetic field analysis conditions in (Embodiment 4) are the same as those in (Embodiment 1) to (Embodiment 3), the operation and action will be described below.

まず、図10に示したように導波手段103内の定在波206の位相における概節位置209に2個のマイクロ波放射部104を、伝送方向205と伝送および電界方向に対して直角方向204に距離を有するように設置した際の加熱室101内への直接波の実効放射電力の分布が、図11のようになる理由を説明する。   First, as shown in FIG. 10, two microwave radiating portions 104 are arranged at an approximate node position 209 in the phase of the standing wave 206 in the waveguide means 103, and perpendicular to the transmission direction 205 and the transmission and electric field directions. The reason why the distribution of the effective radiated power of the direct wave into the heating chamber 101 when installed so as to have a distance at 204 is as shown in FIG. 11 will be described.

(実施の形態1)の図4で説明したように、概節位置209に設置されたマイクロ波放射部104からは、伝送方向205に指向性を持ったマイクロ波が放射される。   As described with reference to FIG. 4 of (Embodiment 1), microwaves having directivity in the transmission direction 205 are radiated from the microwave radiation unit 104 installed at the approximate node position 209.

本実施の形態では、概節位置209に2個のマイクロ波放射部104が設置されており、各々のマイクロ波放射部104からそれぞれ伝送方向205に指向性を持ったマイクロ波が放射され、加熱室101内で相互干渉する。   In the present embodiment, two microwave radiating units 104 are installed at the approximate node position 209, and microwaves having directivity in the transmission direction 205 are radiated from the respective microwave radiating units 104, and heating is performed. Interference occurs in the chamber 101.

なお、(実施の形態3)で説明したように、任意の点でのマイクロ波の相互干渉は、マイクロ波放射部104の有する指向性と各々のマイクロ波放射部104からの距離とマイクロ波の波長によって決定される。   As described in (Embodiment 3), the mutual interference of microwaves at an arbitrary point is determined by the directivity of the microwave radiating unit 104, the distance from each microwave radiating unit 104, and the microwaves. Determined by wavelength.

上述のように概節位置209に2個のマイクロ波放射部104を設置した場合、両方のマイクロ波放射部104は伝送方向205への指向性を有している。   As described above, when the two microwave radiating units 104 are installed at the approximate node position 209, both microwave radiating units 104 have directivity in the transmission direction 205.

図10の(a)に示したように概節位置209にある2個のマイクロ波放射部104を伝送方向205と伝送および電界方向に対して直角方向204に距離を有するように設置した位置関係では、図11に示すようにマイクロ波放射部104間の中央でマイクロ波が強め合い実効放射電力が強くなり、伝送方向205に指向性を持った実効放射電力の分布となる。   As shown in FIG. 10A, a positional relationship in which two microwave radiating portions 104 at the approximate node position 209 are installed so as to have a distance in the direction 204 perpendicular to the transmission direction 205 and the transmission and electric field direction. Then, as shown in FIG. 11, the microwaves strengthen each other at the center between the microwave radiating portions 104, and the effective radiated power becomes stronger, resulting in a distribution of the effective radiated power having directivity in the transmission direction 205.

図11に示すような実効放射電力の分布の場合、図10の(a)に示したように、実効放射電力の強い伝送方向205に複数の被加熱物105を置くことで、均一加熱が可能となる。   In the case of the distribution of effective radiated power as shown in FIG. 11, uniform heating is possible by placing a plurality of heated objects 105 in the transmission direction 205 where the effective radiated power is strong, as shown in FIG. It becomes.

(実施の形態5)
図12の(a)は、本発明の実施の形態5における加熱室101と導波手段103とマイクロ波放射部104と被加熱物105の位置関係を示した図である。また、図12の(b)は、マイクロ波放射部104の位置と導波手段103内の定在波206の位相の関係を示した図である。
(Embodiment 5)
FIG. 12A is a diagram showing a positional relationship among the heating chamber 101, the waveguide means 103, the microwave radiating unit 104, and the article to be heated 105 in the fifth embodiment of the present invention. FIG. 12B is a diagram showing the relationship between the position of the microwave radiating unit 104 and the phase of the standing wave 206 in the waveguide unit 103.

図13は、本実施の形態におけるマイクロ波放射部104から放射される直接波の分布を電磁界解析により求めたものであり、マイクロ波分布を実効放射電力で表示している。   FIG. 13 shows the distribution of direct waves radiated from the microwave radiating unit 104 in the present embodiment by electromagnetic field analysis, and the microwave distribution is displayed as effective radiated power.

図14は、円偏波を放射するマイクロ波放射部104の形状の例を示した図である。   FIG. 14 is a diagram showing an example of the shape of the microwave radiation unit 104 that radiates circularly polarized waves.

図面において、(実施の形態1)〜(実施の形態4)と同一動作を示す部分は同一番号を付与している。また、(実施の形態5)における基本的な動作および電磁界解析の条件は(実施の形態1)〜(実施の形態4)と同様であるとして、以下その動作、作用を説明する。   In the drawing, the same reference numerals are given to portions showing the same operations as those in (Embodiment 1) to (Embodiment 4). Further, assuming that the basic operation and electromagnetic field analysis conditions in (Embodiment 5) are the same as those in (Embodiment 1) to (Embodiment 4), the operation and action will be described below.

まず、円偏波の特徴および円偏波を用いたマイクロは加熱の利点について説明する。   First, the characteristics of circular polarization and the micro using circular polarization will explain the advantages of heating.

円偏波とは、移動通信および衛星通信の分野で広く用いられている技術である。身近な使用例としては、ETC(Electronic Toll Collection System)「ノンストップ自動料金収受システム」などが挙げられる。円偏波は、電界301の偏波面が電波の進行方向に対して時間に応じて回転するマイクロ波であり、円偏波を形成すると電界301の方向が時間に応じて変化し続けるので、加熱室101内に放射されるマイクロ波の放射角度も変化し続け、時間的に電界強度の大きさが変化しないという特徴を有している。   Circular polarization is a technique widely used in the fields of mobile communication and satellite communication. Examples of familiar use include an ETC (Electronic Toll Collection System) “non-stop automatic toll collection system” and the like. Circular polarization is a microwave in which the polarization plane of the electric field 301 rotates with respect to the traveling direction of the radio wave, and when the circular polarization is formed, the direction of the electric field 301 continues to change with time. The radiation angle of the microwave radiated into the chamber 101 continues to change, and the electric field strength does not change with time.

前記の特徴により、従来のマイクロ波加熱装置に用いられている直線偏波によるマイクロ波加熱と比較して、広範囲にわたってマイクロ波が分散放射されて、被加熱物105を均一に加熱することができるようになる。特に、円偏波の周方向に対して均一加熱の傾向が強い。   Due to the above-described characteristics, compared to microwave heating by linear polarization used in a conventional microwave heating apparatus, microwaves are dispersed and radiated over a wide range, and the object to be heated 105 can be heated uniformly. It becomes like this. In particular, there is a strong tendency for uniform heating in the circumferential direction of circular polarization.

なお、円偏波は回転方向から右旋偏波(CW:clockwise)と左旋偏波(CCW:counter clockwise)の2種類に分類されるが、加熱性能に違いはない。   Note that circularly polarized waves are classified into two types, that is, right-handed polarization (CW: clockwise) and left-handed polarization (CCW: counterclockwise) from the direction of rotation, but there is no difference in heating performance.

よって、従来の直線偏波を用いたマイクロ波加熱装置によるマイクロ波加熱で問題とされていた、直接波と反射波の干渉によって生じる加熱室101内に定在波を緩和することが可能となり、より均一なマイクロ波加熱を実現することができる。   Therefore, it becomes possible to relieve the standing wave in the heating chamber 101 caused by the interference between the direct wave and the reflected wave, which has been a problem in the microwave heating by the microwave heating apparatus using the conventional linearly polarized wave, More uniform microwave heating can be realized.

円偏波に対して、導波手段103内のマイクロ波は電場および磁場の振動方向が一定方向である直線偏波である。上記の直線偏波を加熱室101内に放射する従来のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波分布の不均一さを低減するために、被加熱物105を載置するテーブルを回転させる構造、導波手段103から加熱室101へマイクロ波を放射するアンテナを回転させる構造、または導波手段103内に位相器を設置しなければならなかった。   With respect to the circularly polarized wave, the microwave in the waveguide means 103 is a linearly polarized wave whose electric field and magnetic field oscillation directions are constant. In the conventional microwave heating apparatus that radiates the linearly polarized wave into the heating chamber 101, in order to reduce the non-uniformity of the microwave distribution, a structure for rotating the table on which the object 105 is to be heated is introduced. A structure in which an antenna that radiates microwaves from the wave unit 103 to the heating chamber 101 is rotated, or a phase shifter has to be installed in the waveguide unit 103.

しかし、テーブル、アンテナを回転させる機構および位相器を設置しても、加熱室101内において十分均一なマイクロ波加熱を実現するには不十分である。さらに、回転機構および位相器を設置することにより、マイクロ波加熱装置の構造の複雑化、構造の制限または信頼性の低下が課題となる。   However, even if a table, a mechanism for rotating the antenna, and a phaser are installed, it is not sufficient to realize sufficiently uniform microwave heating in the heating chamber 101. Furthermore, by installing the rotation mechanism and the phaser, the structure of the microwave heating device is complicated, the structure is limited, or the reliability is lowered.

次に、円偏波を発生するマイクロ波放射部104の形状について説明する。特にここでは、少なくとも2本以上のスリットにより構成されるマイクロ波放射部104について述べる。   Next, the shape of the microwave radiation unit 104 that generates circularly polarized waves will be described. In particular, here, the microwave radiation unit 104 constituted by at least two or more slits will be described.

形状の例を示した図14(a)〜(f)のように、2本以上のスリットにより構成されており、このうちの少なくとも1本のスリットの長辺601をマイクロ波の伝送方向205に対して傾いた形状となっていれば良い。よって、図14の(e)および(f)のように交差していない形状や、図8の(d)のように3本のスリットにより構成されている形
状でも良い。
14 (a) to 14 (f) showing examples of the shape, it is configured by two or more slits, and the long side 601 of at least one of these slits is arranged in the microwave transmission direction 205. It is sufficient that the shape is inclined with respect to it. Therefore, a shape that does not intersect as shown in FIGS. 14E and 14F, or a shape that includes three slits as shown in FIG. 8D may be used.

なお、図14に示すように2本のスリットにより構成されている円偏波を放射するマイクロ波放射部104の最良な形状の条件としては以下の3点が挙げられる。   In addition, as shown in FIG. 14, the following three points are mentioned as the conditions of the best shape of the microwave radiation | emission part 104 which radiates | emits the circularly polarized wave comprised by two slits.

1点目は、各スリットの長辺601の長さは導波手段103内を伝送されているマイクロ波の管内波長の1/4以上であることである。   The first point is that the length of the long side 601 of each slit is ¼ or more of the in-tube wavelength of the microwave transmitted through the waveguide means 103.

2点目は、2本のスリットはお互いに直交していることおよび伝送方向205に対して各スリットの長辺が45°傾いていることである。   The second point is that the two slits are orthogonal to each other and the long side of each slit is inclined 45 ° with respect to the transmission direction 205.

3点目は、導波手段103の伝送方向205に平行かつマイクロ波放射部104の中心を通る直線を軸として、電界301の分布が軸対照とならないことである。例えば、特許文献2で示されているように、TE10モードでマイクロ波を伝送している場合においては、導波手段における伝送方向の中心軸203を対称軸として電界301が分布しているので、マイクロ波放射部104の形状が、導波手段における伝送方向の中心軸203に対して軸対照とならないように配置することが条件となる。   The third point is that the distribution of the electric field 301 is not an axis contrast with a straight line passing through the center of the microwave radiating unit 104 parallel to the transmission direction 205 of the waveguide means 103 as an axis. For example, as shown in Patent Document 2, when microwaves are transmitted in the TE10 mode, the electric field 301 is distributed with the central axis 203 in the transmission direction of the waveguide means as the symmetry axis. The condition is that the microwave radiating portion 104 is arranged so that the shape of the microwave radiating portion 104 does not become an axis contrast with respect to the central axis 203 in the transmission direction of the waveguide means.

次に、図12に示したように導波手段103内の定在波206の位相における概節位置209に2個のマイクロ波放射部104を伝送方向205に並べて配置し、前記の概節位置209のマイクロ波放射部104の伝送方向205の中間に、伝送および電界方向に対して直角方向204に距離を有するように、概腹位置208に1個のマイクロ波放射部104を設置した際の加熱室101内への直接波の実効放射電力の分布が、図13のようになる理由を説明する。   Next, as shown in FIG. 12, two microwave radiating portions 104 are arranged side by side in the transmission direction 205 at the approximate node position 209 in the phase of the standing wave 206 in the waveguide means 103, and the approximate node position is set. In the middle of the transmission direction 205 of the microwave radiating unit 104 of 209, when one microwave radiating unit 104 is installed at the abdominal position 208 so as to have a distance in the direction 204 perpendicular to the transmission and electric field direction. The reason why the distribution of the effective radiation power of the direct wave into the heating chamber 101 becomes as shown in FIG.

(実施の形態1)の図4で説明したように、概節位置209に設置されたマイクロ波放射部104からは、伝送方向205に指向性を持ったマイクロ波が放射され、概腹位置208に設置されたマイクロ波放射部104からは、伝送および電界方向に対して直角方向204に指向性を持ったマイクロ波が放射される。   As described with reference to FIG. 4 of (Embodiment 1), a microwave having directivity in the transmission direction 205 is radiated from the microwave radiation unit 104 installed at the approximate node position 209, and the approximate abdominal position 208. A microwave having directivity in a direction 204 perpendicular to the direction of transmission and electric field is radiated from the microwave radiating unit 104 installed in.

本実施の形態では、概節位置209に2個、概腹位置208に1個のマイクロ波放射部104がそれぞれ設置されており、各々のマイクロ波放射部104からそれぞれに指向性を持ったマイクロ波と伝送および電界方向に対して直角方向204に指向性を持ったマイクロ波が放射され、加熱室101内で相互干渉する。   In the present embodiment, two microwave radiating portions 104 are installed at the approximate node position 209 and one at the approximate abdominal position 208, and each microwave radiating portion 104 has a directivity. Microwaves having directivity in the direction 204 perpendicular to the wave, transmission and electric field directions are radiated and interfere with each other in the heating chamber 101.

なお、(実施の形態3)で説明したように、任意の点でのマイクロ波の相互干渉は、マイクロ波放射部104の有する指向性と各々のマイクロ波放射部104からの距離とマイクロ波の波長によって決定される。   As described in (Embodiment 3), the mutual interference of microwaves at an arbitrary point is determined by the directivity of the microwave radiating unit 104, the distance from each microwave radiating unit 104, and the microwaves. Determined by wavelength.

図12の(a)に示したように概節位置209に2個のマイクロ波放射部104を設置していることから、伝送方向205へマイクロ波を放射させることが可能となる。さらに、概腹位置208に1個のマイクロ波放射部104を設置していることから、伝送および電界方向に対して直角方向204へマイクロ波を放射させることが可能となる。   As shown in FIG. 12A, since the two microwave radiating portions 104 are installed at the approximate node position 209, it becomes possible to radiate microwaves in the transmission direction 205. Furthermore, since one microwave radiating unit 104 is installed at the approximate abdominal position 208, it is possible to radiate microwaves in a direction 204 perpendicular to the transmission and electric field directions.

概節位置209と概腹位置208に設置されたマイクロ波放射部104から放射されるマイクロ波の指向性はほぼ直角方向であるため、マイクロ波の相互干渉が直接波の分布に明瞭な影響を及ぼすことはなく、3個のマイクロ波放射部104の中央を中心に円周方向に均一にマイクロ波を放射させることが可能となる。   Since the directivity of the microwaves radiated from the microwave radiation unit 104 installed at the approximate node position 209 and the approximate abdominal position 208 is substantially perpendicular, the mutual interference of the microwaves has a clear influence on the direct wave distribution. There is no effect, and it becomes possible to radiate microwaves uniformly in the circumferential direction around the center of the three microwave radiating portions 104.

なお、実効放射電力の分布は、マイクロ波放射部104の中央を中心から遠ざかるに従
って弱くなる傾向がある。
Note that the distribution of effective radiated power tends to become weaker as the center of the microwave radiating unit 104 is moved away from the center.

よって、図13に示すようにマイクロ波放射部104間の中央で実効放射電力が強く、3個のマイクロ波放射部104の中央を中心に円周方向に均一な指向性を持った実効放射電力の分布となる。   Therefore, as shown in FIG. 13, the effective radiated power is strong in the center between the microwave radiating portions 104, and the effective radiated power having uniform directivity in the circumferential direction around the center of the three microwave radiating portions 104. Distribution.

図13に示すような実効放射電力の分布の場合、3個のマイクロ波放射部104の中央から同距離に複数の被加熱物105を置くことによって、各被加熱物105を比較した場合に、均一加熱が可能となる。   In the case of the distribution of effective radiated power as shown in FIG. 13, when each heated object 105 is compared by placing a plurality of heated objects 105 at the same distance from the center of the three microwave radiating portions 104, Uniform heating is possible.

以上のように、本発明のマイクロ波加熱装置は、被加熱物への均一照射ができるので、個食食品の加熱加工や殺菌などを行うマイクロ波加熱装置などに有効に利用することができる。   As described above, since the microwave heating apparatus of the present invention can uniformly irradiate an object to be heated, it can be effectively used for a microwave heating apparatus that performs heating processing, sterilization, and the like of individual foods.

101 加熱室
102 マイクロ波発生手段
103 導波手段
104 マイクロ波放射部
204 伝送および電界方向に対して直角方向
205 伝送方向
208 概腹位置
209 概節位置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Heating chamber 102 Microwave generation means 103 Waveguide means 104 Microwave radiation part 204 The direction perpendicular to the transmission and electric field direction 205 Transmission direction 208 General position 209 General position

Claims (8)

被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、マイクロ波を伝送する導波手段と、前記加熱室内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射部を有し、前記導波手段は、前記加熱室の内壁の中心に対して非対称に偏って設置され、前記マイクロ波放射部が位置する前記導波手段内のマイクロ波の位相により、前記加熱室内に放射するマイクロ波の指向性を、前記導波手段が偏った方向に平行に強くなるように調整するマイクロ波加熱装置。 Includes a heating chamber for accommodating an object to be heated, a microwave generator for generating microwaves, a waveguide means for transmitting the microwave, the microwave radiating portion for radiating the microwave into the heating chamber, the guide The wave means is installed asymmetrically with respect to the center of the inner wall of the heating chamber, and the microwave radiated into the heating chamber is caused by the phase of the microwave in the waveguide means where the microwave radiating portion is located. A microwave heating apparatus that adjusts directivity so that the waveguide means becomes stronger in parallel with the direction in which the waveguide means is biased . 前記導波手段が前記加熱室の内壁の中心に対して伝送および電界方向に対して直角方向にオフセンタとなっている場合、マイクロ波放射部が位置する前記導波手段内のマイクロ波の位相を概腹位置にすることにより、前記加熱室内に放射するマイクロ波の指向性を、前記導波手段が偏った方向、すなわち伝送および電界方向に対して直角方向に強くなるように調整する請求項1記載のマイクロ波加熱装置。 When the waveguide means is off-center in the direction perpendicular to the transmission and electric field direction with respect to the center of the inner wall of the heating chamber, the phase of the microwave in the waveguide means where the microwave radiating unit is located is 2. The directivity of the microwave radiated into the heating chamber is adjusted by setting the position to be approximately abdomen so that the waveguide means becomes stronger in a direction in which the waveguide means is biased, that is, in a direction perpendicular to the transmission and electric field directions. The microwave heating apparatus as described. 前記導波手段が前記加熱室の内壁の中心に対して伝送方向に偏っている場合、マイクロ波放射部が位置する前記導波手段内のマイクロ波の位相を概節位置にすることにより、前記加熱室内に放射するマイクロ波の指向性を、前記導波手段が偏った方向、すなわち伝送方向に強くなるように調整する請求項1記載のマイクロ波加熱装置。 When the waveguide means is biased in the transmission direction with respect to the center of the inner wall of the heating chamber, the phase of the microwave in the waveguide means in which the microwave radiating portion is located is set to a general position. The microwave heating apparatus according to claim 1 , wherein the directivity of the microwave radiated into the heating chamber is adjusted so as to become stronger in a direction in which the waveguide means is biased, that is, in a transmission direction. 前記マイクロ波放射部を複数有する請求項1〜3のいずれか1項に記載のマイクロ波加熱装置。 The microwave heating device according to any one of claims 1 to 3, comprising a plurality of the microwave radiation portions. 少なくとも2つの前記マイクロ波放射部が、前記導波手段内のマイクロ波の概同位相にそれぞれ位置する請求項4に記載のマイクロ波加熱装置。 The microwave heating device according to claim 4, wherein at least two of the microwave radiating portions are respectively positioned in substantially the same phase of the microwave in the waveguide means. 少なくとも2つの前記マイクロ波放射部が、前記導波手段内のマイクロ波の異なる位相にそれぞれ位置する請求項4に記載のマイクロ波加熱装置。 The microwave heating device according to claim 4, wherein at least two of the microwave radiating portions are respectively located in different phases of the microwave in the waveguide means. 前記マイクロ波放射部が、円偏波を放射する形状となっている請求項1〜6のいずれか1
項に記載のマイクロ波加熱装置。
The microwave radiation portion has a shape that radiates circularly polarized waves.
The microwave heating device according to item.
前記マイクロ波放射部は、2本のスリットを各々の中央で交差させることで同一の位相に配置させて円偏波を放射する構成とした請求項7記載のマイクロ波加熱装置。The microwave heating device according to claim 7, wherein the microwave radiating unit is configured to radiate circularly polarized waves by arranging two slits at the center of each to arrange them in the same phase.
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