JP7249491B2

JP7249491B2 - 高周波加熱装置

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Publication number: JP7249491B2
Application number: JP2020507439A
Authority: JP
Inventors: 利幸岡島; 義治大森; 和樹前田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2019-02-18
Publication date: 2023-03-31
Anticipated expiration: 2039-02-18
Also published as: JPWO2019181318A1; CN111034357B; CN111034357A; EP3771290A1; WO2019181318A1; EP3771290A4

Description

本発明は、周期構造体を用いた表面波伝送線路を介して被加熱物を加熱する高周波加熱装置に関する。

従来、周期構造体を用いた表面波伝送線路に高周波電力を給電して、食品などの被加熱物を加熱処理する高周波加熱装置の技術が開示されている。

一般的に、表面波伝送線路の表面付近に集中して伝搬するマイクロ波などの高周波電力を利用して被加熱物を加熱する場合、表面波伝送線路を伝搬する高周波電力は、表面波伝送線路の近傍に設置された被加熱物に吸収される。これにより、表面波伝送線路を伝搬するにつれて、高周波電力は減衰していく。

そのため、表面波伝送線路の高周波電力の伝搬方向に対して、複数の被加熱物を並べて設置する場合や、長さ寸法の大きい被加熱物を設置する場合、被加熱物は、表面波伝送線路の給電側が強く加熱される。そして、給電側から遠ざかるにつれて、被加熱物の加熱が弱くなる。これにより、表面波伝送線路の高周波電力の伝搬方向に対して、被加熱物に加熱ムラが生じる。

そこで、上記加熱ムラを解消するために、以下に示す高周波解凍加熱装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の高周波解凍加熱装置は、被加熱物を設置する設置台の、表面波伝送線路に高周波電力を給電する側の一方の端部を上下可動とし、設置台を上方に傾ける構成を備える。これにより、被加熱物において、表面波伝送線路の給電側が強く加熱され、給電側から遠ざかるにつれて加熱が弱くなるのを、軽減している。その結果、表面波伝送線路を用いて、冷凍寿司のしゃり部を効率よく解凍もしくは加熱できるとしている。

しかしながら、上記従来の高周波解凍加熱装置の構成は、被加熱物を設置する設置台が上下可動するために、設置台上に設置した被加熱物が転がるなどの不具合が発生する虞がある。

特開平８－１６６１３３号公報

本発明は、表面波伝送線路の高周波電力の伝搬方向に対して、被加熱物を均一に加熱するとともに、被加熱物の転がりを防止できる高周波加熱装置を提供する。

本発明は、設置台に設置される被加熱物を加熱処理する高周波加熱装置である。高周波加熱装置は、設置台近傍に設けられる、少なくとも１つの表面波伝送線路と、高周波電力を発生させる、少なくとも１つの高周波電力発生部と、表面波伝送線路に高周波電力を直接に給電する、少なくとも１つの高周波電力給電部を備える。表面波伝送線路は、前記表面波伝送線路と設置台との距離が、高周波電力給電部側において、大きくなるように、高周波電力の伝搬方向に対して傾斜を持つように構成され、表面波伝送線路に配設される。

この構成によれば、設置台を動かすことなく、設置台と表面波伝送線路との間の距離が、表面波伝送線路の高周波電力を給電する側から遠ざかるにつれて、小さくなる。このとき、表面波伝送線路を伝搬する高周波電力の被加熱物への吸収度は、表面波伝送線路の高周波電力を給電する側から遠ざかるにつれて、大きくなる。これにより、表面波伝送線路の高周波電力の伝搬方向に対して、複数の被加熱物を並べて設置する場合や、長さ寸法の大きい被加熱物を設置した場合でも、表面波伝送線路の高周波電力の伝搬方向に対して、被加熱物を均一に加熱できる。さらに、設置台を、水平状態に維持できるため、設置台上に設置した被加熱物が転がるなどの不具合の発生を未然に防止できる。

また、本発明の高周波加熱装置は、表面波伝送線路の両端に、高周波給電部を配設し、表面波伝送線路は、高周波電力の伝搬方向に対して、実質的に、中間部が頂点部となるような山形の傾斜を持つように構成してもよい。

この構成によれば、表面波伝送線路の両端から高周波電力を給電することができる。さらに、設置台を動かすことなく、設置台と表面波伝送線路との距離が、表面波伝送線路の高周波電力を給電する側から遠ざかるにつれて、小さくできる。これにより、表面波伝送線路の高周波電力の伝搬方向に対して、複数の被加熱物を並べて設置する場合や、長さ寸法の大きい被加熱物を設置した場合でも、表面波伝送線路の高周波電力の伝搬方向に対して、被加熱物を、より一層、均一に加熱できる。さらに、設置台を、水平状態に維持できるため、設置台上に設置した被加熱物が転がるなどの不具合の発生を未然に防止できる。

図１は、本発明の実施の形態１における高周波加熱装置の基本構成を示すブロック図である。図２Ａは、同高周波加熱装置の高周波電力給電部の構成を示す平面図である。図２Ｂは、同高周波加熱装置の高周波電力給電部の構成を示す側面図である。図３は、同高周波加熱装置の表面波伝送線路の形状の一例を示す図である。図４は、一般的な表面波伝送線路を伝搬する高周波電力の電界強度分布を示す図である。図５は、図４に示す表面波伝送線路による被加熱物の加熱動作時における高周波電力の電界強度分布を示す図である。図６は、同実施の形態における高周波加熱装置の表面波伝送線路による被加熱物の加熱動作を示す図である。図７は、同実施の形態における高周波加熱装置の表面波伝送線路の形状の他の例を示す図である。図８は、本発明の実施の形態２における高周波加熱装置の基本構成を示すブロック図である。図９は、同高周波加熱装置の表面波伝送線路の形状を示す図である。図１０は、一般的な高周波加熱装置の表面波伝送線路による被加熱物の加熱動作を示す図である。図１１は、同実施の形態における高周波加熱装置の表面波伝送線路による被加熱物の加熱動作を示す図である。図１２は、同高周波加熱装置の表面波伝送線路の形状の他の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１に係る高周波加熱装置１００について、図１を用いて説明する。

図１は、実施の形態１の高周波加熱装置１００の基本構成を示すブロック図である。

図１に示すように、高周波加熱装置１００は、設置台１０１と、設置台１０１の近傍の、例えば下方に設置される表面波伝送線路１０３と、高周波電力発生部１１０と、高周波電力給電部１２０などを含む。高周波加熱装置１００は、設置台１０１に設置される被加熱物１０２を加熱処理する。

なお、図１に示す高周波加熱装置１００は、１つの表面波伝送線路と、１つの高周波電力発生部と、１つの高周波電力給電部を有する構成を例に図示しているが、これに限られない。表面波伝送線路、高周波電力発生部および高周波電力給電部の数は、上記の数に限定されず、２つ以上であってもよい。

上述の高周波加熱装置１００は、以下のように動作する。

まず、高周波電力発生部１１０は、高周波電力を発生させる。発生された高周波電力は、高周波電力給電部１２０を介して、表面波伝送線路１０３へ給電される。給電された高周波電力は、表面波伝送線路１０３の表面近傍を表面波で伝播、もしくは表面近傍から放射される。これにより、設置台１０１に載置される被加熱物１０２を加熱する。

以上のように、実施の形態１の高周波加熱装置１００は、構成され、動作する。

なお、高周波電力発生部１１０は、被加熱物１０２の加熱処理に適した周波数（例えば、マイクロ波）とパワーの高周波電力を出力する、高周波発振器で構成される。

具体的には、高周波発振器は、例えばマグネトロンとインバータ電源回路や、固体発振器と電力増幅器などで構成される。

マグネトロンは、電波の一種である強力なノンコヒーレントのマイクロ波を発生する発振用真空管の一種で、レーダーや電子レンジなどの数百ワット～数キロワットの高出力の用途に多く使われる。マグネトロンの駆動には、数キロボルトの高電圧が必要となるため、駆動電源として、一般的に、インバータ電源回路が用いられる。インバータ電源回路は、整流機能を有するコンバータ回路と、昇圧（もしくは降圧）機能と出力周波数変換機能を有するインバータ回路と、で構成される。なお、インバータ電源回路は、照明装置やモータ制御に広く用いられる技術である。

また、固体発振器は、トランジスタ、コンデンサ、インダクタ、抵抗器などの高周波用の電子部品を有する帰還回路を備える半導体発振回路で構成される。なお、固体発振器は、通信機器などの小電力出力の用途の発振器に広く用いられる技術である。

固体発振器は、近年、５０ワット程度の高周波電力を出力する発振器もあるが、一般的には、数十ミリワット～数百ミリワット程度の高周波電力を出力する発振器である。そのため、数百ワットの出力パワーが必要な加熱処理の用途には使用できない。そこで、通常、固体発振器は、出力された高周波電力を増幅する、トランジスタなどで構成される電力増幅器とともに使用される。

なお、実施の形態１の高周波加熱装置においては、高周波電力発生部１１０の構成は、特に、限定されないので、詳細な説明は省略する。

高周波電力給電部１２０は、高周波電力発生部１１０で発生される高周波電力を、表面波伝送線路１０３に給電する電力接続部に相当する。

以下に、高周波電力給電部１２０の構成について、図２Ａおよび図２Ｂを用いて説明する。なお、図２Ａおよび図２Ｂは、高周波電力給電部１２０の構成の一例を示している。

図２Ａは、高周波電力給電部１２０周辺の構成を示す上方から見た平面図である。図２Ｂは、高周波電力給電部１２０周辺の側面図である。

なお、図２Ａおよび図２Ｂでは、図１に示す高周波電力発生部１１０として、マグネトロン１１１を用いている。

マグネトロン１１１は、発生する高周波電力を、方形導波管１２１を用いて、高周波電力給電部１２０へ導くように配置される。

方形導波管１２１は、主に、マイクロ波などの電磁波の伝送に用いられる中空導波管で構成される。中空導波管は、一般的な導波管で、断面形状が方形（例えば、長方形）である金属製の管で形成される。電磁波は、方形導波管１２１の形状や寸法、波長もしくは周波数に応じた、電磁界を形成しながら、方形導波管１２１の中を伝播する。

なお、図２Ａおよび図２Ｂでは、方形導波管１２１を用いた構成を例に示したが、これに、限られない。例えば、ループアンテナを用いた給電など、他の給電方法を用いてもよい。

表面波伝送線路１０３は、金属板で周期的にインピーダンス素子を配列した金属周期構造体や、誘電体板などで構成される。金属周期構造体の場合、例えば、スタブ型表面波伝送線路や、インターデジタル型表面波伝送線路が用いられる。スタブ型表面波伝送線路は、金属平板上に、複数の金属平板を一定の間隔で並べて、形成される。インターデジタル型表面波伝送線路は、金属平板を交叉指状に打ち抜いて形成される。誘電体板は、例えばアルミナ板やベークライト板などが用いられる。なお、図１では、表面波伝送線路１０３として、スタブ型表面波伝送線路を用いた例で示している。

また、表面波伝送線路１０３は、高周波電力給電部１２０を介して高周波電力発生部１１０から供給される高周波電力を、表面近傍に集中させて、表面波で伝送する。そのため、表面波伝送線路１０３は、設置台１０１の近傍に配設される。そして、設置台１０１の上に、被加熱物１０２が載置される。これにより、表面波伝送線路１０３の表面近傍に集中して伝送される高周波電力により、設置台１０１上の被加熱物１０２が加熱される。

つぎに、実施の形態１の表面波伝送線路１０３の形状について、図３を用いて、説明する。

図３は、実施の形態１の表面波伝送線路１０３の形状の一例を示す図である。

表面波伝送線路１０３は、図３に示すように、高周波電力の伝送方向１０４の方向に、一定の傾斜角１０５（例えば、１０°程度）で傾斜する形状で構成される。これにより、表面波伝送線路１０３は、図１に示すように、水平状態で配設される設置台１０１近傍で、設置台１０１に対して、傾斜角１０５で傾斜して配設される。具体的には、高周波電力給電部１２０側の表面波伝送線路１０３と設置台１０１との距離ｄ１０１が、他方側の表面波伝送線路１０３と設置台１０１との距離ｄ１０２よりも大きくなるように、表面波伝送線路１０３は、設置台１０１に対して、傾斜角１０５で傾斜して設置される。

以上の構成により、実施の形態１の高周波加熱装置１００は、高周波電力発生部１１０で発生される高周波電力を、高周波電力給電部１２０を介して、表面波伝送線路１０３に供給する。これにより、表面波伝送線路１０３の表面近傍に配設される設置台１０１の上に設置される被加熱物１０２が加熱処理される。

また、表面波伝送線路１０３は、高周波電力給電部１２０側近傍の表面波伝送線路１０３と設置台１０１の端部１０１ａとの距離ｄ１０１が、他方側近傍の表面波伝送線路１０３と設置台１０１の端部１０１ｂとの距離ｄ１０２よりも大きくなるように、設置台１０１の近傍に配設される。そのため、表面波伝送線路１０３を伝搬する高周波電力の、設置台１０１を介して吸収される被加熱物１０２への吸収度が、表面波伝送線路１０３の高周波電力を給電する側から遠ざかるにつれて、大きくなる。これより、表面波伝送線路１０３の高周波電力の伝搬方向に対して、複数の被加熱物１０２を並べて設置した場合や、長さ寸法の大きい被加熱物１０２を設置した場合でも、被加熱物１０２を均一に加熱できる。

また、設置台１０１は、図１に示すように、水平状態を維持するように配置される。そのため、設置台１０１上に設置した被加熱物１０２が、例えば転がって移動するなどの不具合の発生を防止できる。その結果、被加熱物１０２の移動に伴う加熱ムラの発生を、より確実に防止できる。

つぎに、上記構成を備える高周波加熱装置１００における、被加熱物１０２の加熱処理動作について、図４から図６を用いて、より詳細に説明する。

まず、一般的な高周波加熱装置における、被加熱物１０２の加熱処理動作について、図４および図５を用いて、説明する。

図４は、一般的な表面波伝送線路１０６を伝搬する高周波電力の電界強度分布１４１を示す図である。図５は、図４に示す表面波伝送線路１０６による被加熱物１０２の加熱動作時における高周波電力の電界強度分布１４２を示す図である。

詳しくは、図４は、高周波電力発生部１１０で発生される高周波電力を、高周波電力給電部１２０を介して、表面波伝送線路１０６に供給した時の、表面波伝送線路１０６の表面近傍に形成される電界強度分布１４１の様子を濃淡で示している。また、図５は、設置台１０１上に被加熱物１０２を載置した状態において、図４に示す表面波伝送線路１０６に、高周波電力を供給した時に、表面波伝送線路１０６を表面波で伝搬する高周波電力により形成される電界強度分布１４２の様子を濃淡で示している。

つまり、図４に示すように、高周波電力給電部１２０を介して表面波伝送線路１０６に供給される高周波電力は、表面波伝送線路１０６の表面近傍を表面波で伝搬する。このとき、高周波電力は、表面波伝送線路１０６の表面付近の電界強度が強く（濃い）、表面波伝送線路１０６の表面から離れるに従って、電界強度が弱く（淡い）なる電界強度分布１４１を形成しながら伝搬する。

また、図５に示すように、高周波電力給電部１２０を介して表面波伝送線路１０６に供給される高周波電力は、表面波伝送線路１０６の表面近傍を表面波で伝搬する。このとき、高周波電力は、高周波電力給電部１２０側から被加熱物１０２に吸収される。そのため、表面波伝送線路１０６を伝搬する高周波電力は、高周波電力給電部１２０側から、被加熱物１０２を通過するにつれて、電界強度が減衰する。これにより、図５に示すような電界強度分布１４２が形成される。

つまり、一般的な構成を備える表面波伝送線路１０６に高周波電力を供給し、設置台１０１上に設置した被加熱物１０２を加熱処理する場合、被加熱物１０２の高周波電力給電部１２０側が、よく加熱される。しかし、被加熱物１０２を通過するにしたがって、高周波電力が被加熱物１０２に吸収される。そのため、高周波電力が徐々に減衰し、被加熱物１０２を加熱する高周波電力が弱くなる。その結果、表面波伝送線路１０６を備える高周波加熱装置の場合、表面波伝送線路１０６の高周波電力の伝搬方向に対して、被加熱物１０２に加熱ムラが発生する。

つぎに、実施の形態１の高周波加熱装置１００における、被加熱物１０２の加熱処理動作について、図６を用いて、説明する。

図６は、実施の形態１の高周波加熱装置１００の表面波伝送線路１０３による被加熱物１０２の加熱動作を示す図である。

詳しくは、図６では、図３で示すように、表面波伝送線路１０３が、高周波電力の伝搬方向に対して傾斜して配設される。そして、傾斜して配設される表面波伝送線路１０３に、高周波電力発生部１１０で発生される高周波電力が、高周波電力給電部１２０を介して供給される。このとき、設置台１０１上に載置された被加熱物１０２が、表面波伝送線路１０３を表面波で伝搬する高周波電力により形成される電界強度分布１４３により、加熱される様子を濃淡で示している。

つまり、図６に示すように、高周波電力給電部１２０を介して表面波伝送線路１０３に供給される高周波電力は、表面波伝送線路１０３の表面近傍を表面波で伝搬する。このとき、高周波電力は、高周波電力給電部１２０側の被加熱物１０２から、順次、吸収される。そのため、表面波伝送線路１０３を伝搬する高周波電力は、高周波電力給電部１２０側から、被加熱物１０２を通過するにつれて、電界強度が減衰する。

このとき、図６に示すように、実施の形態１の表面波伝送線路１０３の場合、設置台１０１に載置される高周波電力給電部１２０側の被加熱物１０２は、表面波伝送線路１０３の表面近傍から離れている。そのため、設置台１０１を通過する高周波電力は、距離に応じて少なくなるので、設置台１０１上の被加熱物１０２は、強く加熱されない。つまり、表面波伝送線路１０３の表面近傍に沿って伝搬する高周波電力の減衰度も、小さくなる。

さらに、高周波電力給電部１２０側から遠ざかるにつれて、被加熱物１０２と表面波伝送線路１０３との距離が小さくなる。しかし、表面波伝送線路１０３を伝搬するにしたがって高周波電力が減衰しても、設置台１０１を通過する高周波電力は、表面波伝送線路１０３との距離が小さくなるため、大きくなる。つまり、表面波伝送線路１０３から設置台１０１を介して被加熱物１０２へ吸収される高周波電力の吸収度は、大きくなる。これにより、被加熱物１０２に吸収されて減衰する高周波電力と、増加する被加熱物１０２の高周波電力の吸収度とのバランスを取ることができる。そのため、設置台１０１に載置される被加熱物１０２に対して、図６に示す均一な電界強度分布１４３が、設置台１０１上に形成される。その結果、設置台１０１を水平状態に維持したまま、表面波伝送線路１０３の高周波電力の伝搬方向に対して、被加熱物１０２を均一に加熱できる。

なお、実施の形態１では、図３に示すような、単一の傾斜で形成される表面波伝送線路１０３を用いる構成を例に説明したが、これに限られない。例えば、被加熱物１０２の加熱に寄与する表面波伝送線路１０３の領域（例えば、設置台１０１と対向する領域）において、高周波電力の伝搬方向に対して、傾斜するように構成してもよい。つまり、表面波伝送線路１０３と設置台１０１との距離が、高周波電力給電部１２０側において大きくなるように、表面波伝送線路１０３の傾斜領域を配設すればよい。具体的には、例えば図７に示す水平部分１０７ａおよび水平部分１０７ｃと傾斜部分１０７ｂを組み合わせて形成される表面波伝送線路１０７を用いてもよい。この場合、表面波伝送線路１０７の傾斜部分１０７ｂが、被加熱物１０２が載置される設置台１０１と対向するように配置される。これにより、実施の形態１と同様の効果を、得ることができる。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２に係る高周波加熱装置２００について、図８を参照しながら、説明する。

なお、実施の形態２の高周波加熱装置２００において、実施の形態１の高周波加熱装置１００と同じ機能を有する構成要素には、同じ参照符号を付し、説明を省略する。また、実施の形態１の高周波加熱装置１００と同じ作用を有する内容についても、説明を省略する。

図８は、実施の形態２の高周波加熱装置２００の基本構成を示すブロック図である。

図８に示すように、高周波加熱装置２００は、表面波伝送線路１０３に代わり表面波伝送線路２０３、高周波電力発生部１１０に代わり高周波電力発生部２１０、高周波電力給電部１２０に代わり第１の高周波電力給電部２２０ａおよび第２の高周波電力給電部２２０ｂからなる２つの高周波電力給電部２２０を備える点で、図１に示す実施の形態１の高周波加熱装置１００と異なる。ここで、以降では、第１の高周波電力給電部２２０ａおよび第２の高周波電力給電部２２０ｂを総称して記載する場合は、高周波電力給電部２２０と記して説明する。

なお、図８の高周波加熱装置２００では、１つの表面波伝送線路２０３と、１つの高周波電力発生部２１０と、２つの高周波電力給電部２２０を有する構成を例に図示しているが、これに限られない。表面波伝送線路、高周波電力発生部および高周波電力給電部の数は、上記の数に限定されない。

上述の高周波加熱装置２００は、以下のように動作する。

まず、高周波加熱装置２００は、高周波電力発生部２１０で、高周波電力を発生させる。発生された高周波電力は２つに分配され、第１の高周波電力給電部２２０ａおよび第２の高周波電力給電部２２０ｂのそれぞれを介して、表面波伝送線路２０３の両端へ供給される。これにより、表面波伝送線路２０３の両端に、高周波電力が供給される。供給された高周波電力は、表面波伝送線路２０３の両端から中央部に向かって、表面近傍を表面波で伝播、もしくは表面近傍から放射される。これにより、設置台１０１上に載置される被加熱物１０２を加熱する。

なお、高周波電力発生部２１０と、第１の高周波電力給電部２２０ａおよび第２の高周波電力給電部２２０ｂの構成は、実施の形態１で説明した高周波電力発生部１１０と高周波電力給電部１２０の構成と同一であるので、説明は省略する。

以上のように、実施の形態２の高周波加熱装置２００は、構成され、動作する。

つぎに、実施の形態２の表面波伝送線路２０３の形状について、図９を用いて、説明する。

図９は、実施の形態２の表面波伝送線路２０３の形状の一例を示す図である。

表面波伝送線路２０３は、図９に示すように、図８に示す水平状態で配設される設置台１０１近傍で、設置台１０１に対して、一定の傾斜角２０５ａおよび２０５ｂ（例えば、１０°程度）で傾斜する、例えば山形の形状で構成される。つまり、表面波伝送線路２０３の両端のそれぞれから供給される高周波電力の伝送方向２０４ａおよび伝送方向２０４ｂにおいて、設置台１０１に対して、一定の傾斜角２０５ａおよび傾斜角２０５ｂの傾斜を持った、山形の形状で形成される。

詳しくは、表面波伝送線路２０３は、図８に示すように、第１の高周波電力給電部２２０ａ側の表面波伝送線路２０３と設置台１０１との距離ｄ２０１、および第２の高周波電力給電部２２０ｂ側の表面波伝送線路２０３と設置台１０１との距離ｄ２０２が、山形の表面波伝送線路２０３の頂点部２０３ａと設置台１０１との距離ｄ２０３よりも、大きくなるように、設置台１０１に対して配設される。なお、表面波伝送線路２０３の頂点部２０３ａは、第１の高周波電力給電部２２０ａおよび第２の高周波電力給電部２２０ｂのそれぞれから、最も遠ざかる位置に対応する。

以上の構成により、実施の形態２の高周波加熱装置２００は、高周波電力発生部２１０で発生される高周波電力を、第１の高周波電力給電部２２０ａおよび第２の高周波電力給電部２２０ｂのそれぞれを介して、表面波伝送線路２０３の両端より供給する。これにより、表面波伝送線路２０３の表面近傍に配設される設置台１０１の上に設置される被加熱物１０２が加熱処理される。

また、表面波伝送線路２０３は、表面波伝送線路２０３の両端近傍と設置台１０１の端部１０１ａ、１０１ｂとの距離ｄ２０１および距離ｄ２０２が、表面波伝送線路２０３の頂点部２０３ａと設置台１０１との距離ｄ２０３よりも大きくなるように、設置台１０１近傍に配設される。そのため、表面波伝送線路２０３の両端から伝搬する高周波電力の、設置台１０１を介して吸収される被加熱物１０２への吸収度が、表面波伝送線路２０３の高周波電力を給電する両方の端部１０１ａ、１０１ｂ側から遠ざかるにつれて、大きくなる。これにより、表面波伝送線路２０３の高周波電力の伝搬方向に対して、複数の被加熱物１０２を並べて設置した場合や、長さ寸法の大きい被加熱物１０２を設置した場合でも、被加熱物１０２を均一に加熱できる。

また、設置台１０１は、図８に示すように、水平状態を維持するように配置される。そのため、設置台１０１上に設置した被加熱物１０２が、例えば転がって移動するなどの不具合の発生を防止できる。その結果、被加熱物１０２の移動に伴う加熱ムラの発生を、より確実に防止できる。

さらに、高周波電力は、表面波伝送線路２０３の両端から、表面波伝送線路２０３に供給される。そのため、表面波伝送線路２０３の高周波電力の伝搬方向に対して、被加熱物１０２を、より一層、均一に加熱できる。

つぎに、上記構成を備える高周波加熱装置２００における、被加熱物１０２の加熱処理動作について、図１０および図１１を用いて、より詳細に説明する。

まず、表面波伝送線路２０３の両端から供給される高周波電力で被加熱物を加熱する一般的な高周波加熱装置における、被加熱物１０２の加熱処理動作について、図１０を用いて、説明する。

図１０は、一般的な高周波加熱装置の表面波伝送線路２０６による被加熱物１０２の加熱動作を示す図である。

詳しくは、図１０は、設置台１０１上に被加熱物１０２を載置した状態において、表面波伝送線路２０６の両端から、高周波電力を供給した時に、表面波伝送線路２０６を表面波で伝搬し、被加熱物１０２を加熱する高周波電力により形成される電界強度分布２４１の様子を濃淡で示している。

つまり、図１０に示すように、第１の高周波電力給電部２２０ａおよび第２の高周波電力給電部２２０ｂを介して、高周波電力が表面波伝送線路２０６の両端に供給される。供給された高周波電力は、表面波伝送線路２０６の表面近傍を表面波で伝搬し、設置台１０１を介して、被加熱物１０２の両端側から被加熱物１０２に吸収される。そのため、表面波伝送線路２０６を伝搬する高周波電力は、被加熱物１０２を通過するにつれて吸収され、電界強度が減衰する。これにより、図１０に示すような電界強度分布２４１が形成される。

つまり、一般的な構成を備える表面波伝送線路２０６に高周波電力を供給し、設置台１０１上に設置した被加熱物１０２を加熱処理する場合、被加熱物１０２の両端側が、よく加熱される。しかし、表面波伝送線路２０６の中央部に近づくにつれて、高周波電力が被加熱物１０２に吸収される。そのため、高周波電力が徐々に減衰し、被加熱物１０２を加熱する高周波電力が弱くなる。その結果、表面波伝送線路２０６を備える高周波加熱装置の場合、表面波伝送線路２０６の高周波電力の伝搬方向に対して、被加熱物１０２に加熱ムラが発生する。

つぎに、実施の形態２の高周波加熱装置２００における、被加熱物１０２の加熱処理動作について、図１１を用いて、説明する。

図１１は、実施の形態２の高周波加熱装置２００の表面波伝送線路２０３による被加熱物１０２の加熱動作を示す図である。

詳しくは、図１１は、以下の状態における被加熱物１０２の加熱動作を示している。

まず、図１１では、図９で示す山形の形状で形成された表面波伝送線路２０３の両端に、高周波電力発生部２１０で発生された高周波電力を、第１の高周波電力給電部２２０ａおよび第２の高周波電力給電部２２０ｂのそれぞれを介して、供給する。このとき、設置台１０１上に載置された被加熱物１０２が、表面波伝送線路２０３を表面波で伝搬する高周波電力により形成される電界強度分布２４２により、加熱される様子を濃淡で示している。

つまり、図１１に示すように、第１の高周波電力給電部２２０ａおよび第２の高周波電力給電部２２０ｂを介して表面波伝送線路２０３の両端に供給される高周波電力は、表面波伝送線路２０３の表面近傍を表面波で伝搬する。このとき、高周波電力は、被加熱物１０２の両端側から、順次、吸収される。そのため、表面波伝送線路２０３を伝搬する高周波電力は、被加熱物１０２を通過するにつれて、電界強度が減衰する。これにより、図１１に示すような電界強度分布２４２が形成され、設置台１０１上の被加熱物１０２が加熱される。

このとき、図１１に示すように、高周波電力の伝搬方向に対して傾斜して形成される表面波伝送線路２０３の場合、設置台１０１上に載置される被加熱物１０２の両端側は、表面波伝送線路２０３の表面近傍から離れている。そのため、設置台１０１を通過する高周波電力は、距離に応じて少なくなるので、設置台１０１上の被加熱物１０２は、強く加熱されない。つまり、表面波伝送線路２０３の表面近傍に沿って伝搬する高周波電力の減衰度も、小さくなる。

さらに、表面波伝送線路２０３は、両端に配置される第１の高周波電力給電部２２０ａおよび第２の高周波電力給電部２２０ｂ側から遠ざかり、頂点部２０３ａに向かうにつれて、被加熱物１０２と表面波伝送線路２０３との距離が小さくなる。しかし、表面波伝送線路２０３の両端から頂点部２０３ａに向かって伝搬するにしたがって高周波電力が減衰しても、設置台１０１を通過する高周波電力は、表面波伝送線路２０３との距離が小さくなるため、大きくなる。つまり、表面波伝送線路２０３から設置台１０１を介して被加熱物１０２へ吸収される高周波電力の吸収度は、大きくなる。これにより、被加熱物１０２に吸収されて減衰する高周波電力と、増加する被加熱物１０２の高周波電力の吸収度とのバランスを取ることができる。そのため、設置台１０１に載置される被加熱物１０２に対して、図１１に示す均一な電界強度分布２４２が、設置台１０１上に形成される。その結果、設置台１０１を水平状態に維持したまま、表面波伝送線路２０３の高周波電力の伝搬方向に対して、被加熱物１０２を均一に加熱できる。

なお、実施の形態２では、図９に示すような、単一の山形の傾斜で形成される表面波伝送線路２０３を用いる構成を例に説明したが、これに限られない。例えば、被加熱物１０２の加熱に寄与する表面波伝送線路１０３の領域（例えば、設置台１０１と対向する領域）において、高周波電力の伝搬方向に対して、山形の形状で傾斜するように構成してもよい。つまり、表面波伝送線路２０３と設置台１０１との距離が、第１の高周波電力給電部２２０ａおよび第２の高周波電力給電部２２０ｂ側において大きくなるように、少なくとも表面波伝送線路２０３の傾斜領域を配設すればよい。具体的には、例えば図１２に示す水平部分２０７ａおよび水平部分２０７ｃと傾斜部分２０７ｂを組み合わせて形成される表面波伝送線路２０７を用いてもよい。この場合、表面波伝送線路２０７の傾斜部分２０７ｂが、被加熱物１０２が載置される設置台１０１と対向するように配置される。これにより、実施の形態２と同様の効果を、得ることができる。

以上、本発明に係る高周波加熱装置について、各実施の形態に基づき説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

以上で説明したように、本発明は、設置台に設置された被加熱物を加熱処理する高周波加熱装置である。高周波加熱装置は、設置台近傍に設けられる、少なくとも１つの表面波伝送線路と、高周波電力を発生させる、少なくとも１つの高周波電力発生部と、表面波伝送線路に高周波電力を直接に給電する、少なくとも１つの高周波電力給電部を備える。表面波伝送線路は、表面波伝送線路と設置台との距離が、高周波電力給電部側において、大きくなるように、高周波電力の伝搬方向に対して傾斜して、設置するように構成される。

この構成によれば、設置台を動かすことなく、設置台と表面波伝送線路との距離が、表面波伝送線路の高周波電力を給電する側から遠ざかるにつれて小さくなる。このとき、表面波伝送線路を伝搬する高周波電力の被加熱物への吸収度は、表面波伝送線路の高周波電力を給電する側から遠ざかるにつれて、大きくなる。これにより、表面波伝送線路の高周波電力の伝搬方向に対して、複数の被加熱物を並べて設置する場合や、長さ寸法の大きい被加熱物を設置した場合でも、表面波伝送線路の高周波電力の伝搬方向に対して、被加熱物を均一な加熱できる。さらに、設置台を、水平状態に維持できるため、設置台上に設置した被加熱物が転がるなどの不具合の発生を、より確実に防止できる。

また、本発明の高周波加熱装置は、表面波伝送線路の両端に高周波給電部を配設し、表面波伝送線路は、高周波電力の伝搬方向に対して、実質的に、中間部が、頂点部となるような山形の傾斜を持つ構成としてもよい。

本発明は、表面波伝送線路により被加熱物を加熱処理する高周波加熱装置において、被加熱物を加熱ムラなく、効率の良く加熱できる。そのため、本発明は、マイクロ波加熱器などの調理家電などとして、有用である。

１００，２００高周波加熱装置
１０１設置台
１０１ａ，１０１ｂ端部
１０２被加熱物
１０３，１０６，１０７，２０３，２０６，２０７表面波伝送線路
１０４，２０４ａ，２０４ｂ伝送方向
１０５，２０５ａ，２０５ｂ傾斜角
１０７ａ，１０７ｃ，２０７ａ，２０７ｃ水平部分
１０７ｂ，２０７ｂ傾斜部分
１１０，２１０高周波電力発生部
１１１マグネトロン
１２０，２２０高周波電力給電部
２０３ａ頂点部
２２０ａ第１の高周波電力給電部（高周波電力給電部）
２２０ｂ第２の高周波電力給電部（高周波電力給電部）
１２１方形導波管
１４１，１４２，１４３，２４１，２４２電界強度分布
ｄ１０１，ｄ１０２，ｄ２０１，ｄ２０２，ｄ２０３距離

Claims

設置台に設置される被加熱物を加熱処理する高周波加熱装置であって、
前記設置台近傍に設けられる、少なくとも１つの表面波伝送線路と、
高周波電力を発生させる、少なくとも１つの高周波電力発生部と、
前記表面波伝送線路の両端に高周波電力を直接に給電する、高周波電力給電部と、を備え、
前記表面波伝送線路は、前記表面波伝送線路と前記設置台との距離が、前記高周波電力給電部側において、大きくなるように、かつ、前記高周波電力の伝搬方向に対して、中間部が頂点部となるように、山形の傾斜を有する、
高周波加熱装置。
前記表面波伝送線路は、前記高周波電力の伝搬方向に対して、中間部が頂点部となるように、前記高周波電力の伝搬方向において、前記設置台に対して一定の傾斜角の傾斜を有する、
請求項１に記載の高周波加熱装置。
前記表面波伝送線路の前記傾斜は、少なくとも前記設置台と対向する領域に配設される請求項１または２に記載の高周波加熱装置。