JP7380221B2 - microwave processing equipment - Google Patents

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    • H05B6/64Heating using microwaves
    • H05B6/70Feed lines

Description

本開示はマイクロ波処理装置に関する。 The present disclosure relates to microwave processing devices.

マイクロ波処理装置の代表例である電子レンジは、マグネトロンにより放射されたマイクロ波を金属壁面で囲まれた処理室内に供給し、処理室内に載置された食品などの被加熱物を誘電加熱する。 A microwave oven, which is a typical example of microwave processing equipment, supplies microwaves emitted by a magnetron into a processing chamber surrounded by metal walls, and dielectrically heats food or other objects placed inside the processing chamber. .

マイクロ波は、処理室の壁面で反射を繰り返す。金属壁面で反射した反射波の位相は、金属壁面への入射波に対して180度変化する。金属壁面に垂直な線を基準線とすると、基準線と入射波の間の角度である入射角は、反射波と基準線の間の角度である反射角と同じである。 Microwaves are repeatedly reflected on the walls of the processing chamber. The phase of the reflected wave reflected by the metal wall surface changes by 180 degrees with respect to the incident wave on the metal wall surface. When a line perpendicular to the metal wall surface is taken as a reference line, the angle of incidence, which is the angle between the reference line and the incident wave, is the same as the angle of reflection, which is the angle between the reflected wave and the reference line.

処理室の大きさは、通常、マイクロ波の波長(約120mm)より充分大きい。そのため、金属壁面で生じる入射波と反射波との振る舞いによって、処理室内に定在波が生じる。定在波は、常に電界が強い場所に現れる腹と、常に電界が弱い場所に現れる節とを有する。 The size of the processing chamber is usually much larger than the microwave wavelength (about 120 mm). Therefore, a standing wave is generated in the processing chamber due to the behavior of the incident wave and the reflected wave generated on the metal wall surface. A standing wave has antinodes that always appear in places where the electric field is strong and nodes that always appear in places where the electric field is weak.

被加熱物が定在波の腹が現れる場所に載置されると、被加熱物は強く加熱され、被加熱物が定在波の節が現れる場所に載置されると、被加熱物はあまり加熱されない。これが、電子レンジにおいて加熱むらが生じる主な原因である。 When an object to be heated is placed at a place where an antinode of a standing wave appears, the object to be heated is heated strongly, and when an object to be heated is placed at a place where a node of a standing wave appears, the object to be heated is heated. It doesn't get heated much. This is the main cause of uneven heating in microwave ovens.

このような定在波による加熱むらを抑制し、均一加熱を促進するための方法には、テーブルを回転させて被加熱物を回転させるターンテーブル方式と、マイクロ波を放射するアンテナを回転させる回転アンテナ方式とがある。 Methods for suppressing uneven heating due to such standing waves and promoting uniform heating include a turntable method in which the table is rotated to rotate the object to be heated, and a rotation method in which the antenna that emits microwaves is rotated. There is an antenna method.

均一加熱とは反対の局所加熱を積極的に利用しようとする技術もある(例えば、非特許文献1参照)。非特許文献1に記載の装置は、GaN半導体素子で構成された複数のマイクロ波発生装置を備え、マイクロ波発生装置の出力を種々の場所から処理室に供給する。供給される二つのマイクロ波に位相差を設けることで、被加熱物にマイクロ波を集中させて局所加熱を実現する。 There is also a technique that actively attempts to utilize local heating, which is the opposite of uniform heating (see, for example, Non-Patent Document 1). The apparatus described in Non-Patent Document 1 includes a plurality of microwave generators made of GaN semiconductor elements, and supplies the output of the microwave generators to a processing chamber from various locations. By providing a phase difference between the two supplied microwaves, the microwaves can be concentrated on the object to be heated to achieve local heating.

国立研究開発法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構ほか 「GaN増幅器モジュールを加熱源とする産業用マイクロ波加熱装置を開発」2016年1月25日New Energy and Industrial Technology Development Organization and others “Development of industrial microwave heating device using GaN amplifier module as heating source” January 25, 2016

しかしながら、上記従来のマイクロ波処理装置では、複数箇所から処理室にマイクロ波を供給する必要があるため、装置が複雑化し大型化する。 However, in the conventional microwave processing apparatus described above, it is necessary to supply microwaves to the processing chamber from a plurality of locations, which makes the apparatus complicated and large.

複数の被加熱物を同時に加熱する場合、一方の被加熱物にマイクロ波を集中させようとしても、その被加熱物がすべてのマイクロ波を吸収することはない。その被加熱物に吸収されなかったマイクロ波は、他方の被加熱物に入射する。このため、複数の被加熱物に対して、望み通りに局所加熱を行うことは難しい。 When heating multiple objects at the same time, even if you try to concentrate the microwaves on one object, that object will not absorb all the microwaves. The microwaves that are not absorbed by the object to be heated are incident on the other object to be heated. For this reason, it is difficult to locally heat multiple objects to be heated as desired.

本開示は、処理室内の定在波分布を制御することで、複数の被加熱物のそれぞれを望み通りに加熱することができるマイクロ波処理装置を提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a microwave processing apparatus that can heat each of a plurality of objects to be heated as desired by controlling the standing wave distribution in a processing chamber.

本開示の一態様のマイクロ波処理装置は、被加熱物を収容する処理室と、処理室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、マイクロ波の周波数帯域において共振周波数を有する共振部とを備える。共振部は、処理室を構成する金属壁面に生じる偏波面の向きに沿って少なくとも3個のパッチ共振器が並ぶように配置された複数のパッチ共振器を有する。 A microwave processing apparatus according to an embodiment of the present disclosure includes a processing chamber that accommodates an object to be heated, a microwave supply section that supplies microwaves to the processing chamber, and a resonant section that has a resonant frequency in a microwave frequency band. Be prepared. The resonator has a plurality of patch resonators arranged so that at least three patch resonators are lined up along the direction of a plane of polarization generated on a metal wall surface constituting the processing chamber.

本態様のマイクロ波処理装置は、処理室内の定在波分布、すなわち、マイクロ波エネルギー分布を制御することができる。その結果、本態様のマイクロ波処理装置は、例えば、複数の被加熱物を同時加熱する場合、各被加熱物が吸収するマイクロ波エネルギーを調整することできる。 The microwave processing apparatus of this embodiment can control the standing wave distribution in the processing chamber, that is, the microwave energy distribution. As a result, the microwave processing apparatus of this embodiment can adjust the microwave energy absorbed by each of the objects to be heated, for example, when simultaneously heating a plurality of objects to be heated.

図1は、本開示の実施の形態1に係るマイクロ波処理装置の構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a microwave processing apparatus according to Embodiment 1 of the present disclosure. 図2は、実施の形態1における共振部の構成を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the resonator in the first embodiment. 図3Aは、共振部により生じる反射位相の周波数特性を示す図である。FIG. 3A is a diagram showing the frequency characteristics of the reflection phase generated by the resonator. 図3Bは、共振部により生じる反射位相の周波数特性を示す図である。FIG. 3B is a diagram showing the frequency characteristics of the reflection phase generated by the resonant section. 図4Aは、導波管に生じる電界を説明するための導波管の斜視図である。FIG. 4A is a perspective view of a waveguide for explaining the electric field generated in the waveguide. 図4Bは、導波管に生じる電界を説明するための導波管の断面図である。FIG. 4B is a cross-sectional view of the waveguide for explaining the electric field generated in the waveguide. 図4Cは、導波管開口から放射される電界を説明するための導波管の斜視図である。FIG. 4C is a perspective view of the waveguide for explaining the electric field radiated from the waveguide opening. 図5は、処理室内の電界、および、パッチ面上の電流ベクトルの特性を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the characteristics of the electric field in the processing chamber and the current vector on the patch surface. 図6Aは、3個の方形パッチ共振器を配置する理由を説明するための図である。FIG. 6A is a diagram for explaining the reason for arranging three rectangular patch resonators. 図6Bは、3個の方形パッチ共振器を配置する理由を説明するための図である。FIG. 6B is a diagram for explaining the reason for arranging three rectangular patch resonators. 図6Cは、3個の方形パッチ共振器を配置する理由を説明するための図である。FIG. 6C is a diagram for explaining the reason for arranging three rectangular patch resonators. 図7は、二つの被加熱物が収容された状態における、実施の形態1のマイクロ波処理装置の断面図である。FIG. 7 is a sectional view of the microwave processing apparatus of the first embodiment in a state where two objects to be heated are accommodated. 図8Aは、共振部が設けられない場合における処理室内の電界分布を示す図である。FIG. 8A is a diagram showing the electric field distribution inside the processing chamber when no resonator is provided. 図8Bは、共振部が設けられた場合における処理室内の電界分布を示す図である。FIG. 8B is a diagram showing the electric field distribution inside the processing chamber when a resonator is provided. 図9は、本開示の実施の形態2に係る共振部の構成を示す平面図である。FIG. 9 is a plan view showing the configuration of a resonance section according to Embodiment 2 of the present disclosure. 図10Aは、処理室の金属壁面における共振部と給電部との配置の一例を示す図である。FIG. 10A is a diagram illustrating an example of the arrangement of a resonant section and a power feeding section on a metal wall surface of a processing chamber. 図10Bは、処理室の金属壁面における共振部と給電部との配置の他の例を示す図である。FIG. 10B is a diagram illustrating another example of the arrangement of the resonance section and the power supply section on the metal wall surface of the processing chamber. 図11は、本開示の実施の形態3に係る共振部の構成を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing the configuration of a resonance section according to Embodiment 3 of the present disclosure. 図12Aは、実施の形態3に係るマイクロ波処理装置の構成を示す断面図である。FIG. 12A is a cross-sectional view showing the configuration of a microwave processing apparatus according to Embodiment 3. 図12Bは、図12Aの12B-12B線に沿った横断面図である。FIG. 12B is a cross-sectional view taken along line 12B-12B in FIG. 12A. 図13Aは、実施の形態3に係るマイクロ波処理装置の他の構成を示す縦断面図である。FIG. 13A is a longitudinal cross-sectional view showing another configuration of the microwave processing apparatus according to the third embodiment. 図13Bは、図13Aの13B-13B線に沿った横断面図である。FIG. 13B is a cross-sectional view taken along line 13B-13B in FIG. 13A. 図14は、本開示の実施の形態4に係るマイクロ波処理装置の構成を示す斜視図である。FIG. 14 is a perspective view showing the configuration of a microwave processing apparatus according to Embodiment 4 of the present disclosure. 図15は、図14に示す共振部の特性を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing the characteristics of the resonant section shown in FIG. 14. 図16は、本開示の実施の形態5に係るマイクロ波処理装置の構成を示す断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view showing the configuration of a microwave processing device according to Embodiment 5 of the present disclosure.

本開示の第1の態様のマイクロ波処理装置は、被加熱物を収容する処理室と、処理室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、マイクロ波の周波数帯域において共振周波数を有する共振部とを備える。共振部は、処理室を構成する金属壁面に生じる偏波面の向きに沿って少なくとも3個のパッチ共振器が並ぶように配置された複数のパッチ共振器を有する。 A microwave processing apparatus according to a first aspect of the present disclosure includes a processing chamber that accommodates an object to be heated, a microwave supply section that supplies microwaves to the processing chamber, and a resonant section that has a resonant frequency in a microwave frequency band. Equipped with. The resonator has a plurality of patch resonators arranged so that at least three patch resonators are lined up along the direction of a plane of polarization generated on a metal wall surface constituting the processing chamber.

本開示の第2の態様のマイクロ波処理装置において、第1の態様に加えて、複数のパッチ共振器は、縦方向および横方向の各方向に少なくとも3個のパッチ共振器が並ぶように配置される。 In the microwave processing device according to the second aspect of the present disclosure, in addition to the first aspect, the plurality of patch resonators are arranged such that at least three patch resonators are lined up in each of the vertical and horizontal directions. be done.

本開示の第3の態様のマイクロ波処理装置において、第2の態様に加えて、複数のパッチ共振器は、十字状に配置された少なくとも5個の方形パッチ共振器を含む。 In the microwave processing device of the third aspect of the present disclosure, in addition to the second aspect, the plurality of patch resonators includes at least five square patch resonators arranged in a cross shape.

本開示の第4の態様のマイクロ波処理装置において、第1の態様に加えて、複数のパッチ共振器は、縦方向、横方向、および、斜め方向の各方向に少なくとも3個のパッチ共振器が放射状に並ぶように配置される。 In the microwave processing device according to the fourth aspect of the present disclosure, in addition to the first aspect, the plurality of patch resonators include at least three patch resonators in each of the vertical direction, the horizontal direction, and the diagonal direction. are arranged radially.

本開示の第5の態様のマイクロ波処理装置において、第4の態様に加えて、パッチ共振器は円形パッチ共振器である。 In the microwave processing device of the fifth aspect of the present disclosure, in addition to the fourth aspect, the patch resonator is a circular patch resonator.

本開示の第6の態様のマイクロ波処理装置において、マイクロ波供給部は、マイクロ波発生部と、前記マイクロ波発生部の発振周波数を制御する制御部とを備える。共振部は、共振周波数の異なる複数の共振部を有する。制御部は、発振周波数を制御することで、複数の共振部のうちの共振する共振部を切り替える。 In the microwave processing device according to the sixth aspect of the present disclosure, the microwave supply section includes a microwave generation section and a control section that controls an oscillation frequency of the microwave generation section. The resonant section includes a plurality of resonant sections having different resonant frequencies. The control section switches the resonant section that resonates among the plurality of resonant sections by controlling the oscillation frequency.

本開示の第7の態様のマイクロ波処理装置において、第6の態様に加えて、共振部は複数の共振部を有する。複数の共振部のそれぞれは、処理室を構成する一つの金属壁面上の分割された複数の領域のそれぞれに設けられる。複数の共振部は、互いに異なる共振周波数を有する。 In the microwave processing device according to the seventh aspect of the present disclosure, in addition to the sixth aspect, the resonator has a plurality of resonators. Each of the plurality of resonance parts is provided in each of the plurality of divided regions on one metal wall surface that constitutes the processing chamber. The plurality of resonance parts have mutually different resonance frequencies.

本開示の第8の態様のマイクロ波処理装置において、第6の態様に加えて、複数の共振部のぞれぞれは、複数の共振部の配置の順序に応じた共振周波数を有する。 In the microwave processing device according to the eighth aspect of the present disclosure, in addition to the sixth aspect, each of the plurality of resonant parts has a resonant frequency according to the order of arrangement of the plurality of resonant parts.

本開示の第9の態様のマイクロ波処理装置において、第8の態様に加えて、複数の共振部のそれぞれは、複数の共振部の配置の順序に応じた長さの導体を有する。 In the microwave processing device according to the ninth aspect of the present disclosure, in addition to the eighth aspect, each of the plurality of resonant parts has a conductor with a length corresponding to the order of arrangement of the plurality of resonant parts.

以下、本開示のマイクロ波処理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。本実施の形態のマイクロ波処理装置は電子レンジである。しかし、本開示のマイクロ波処理装置は、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処理装置、化学反応処理装置、半導体製造装置などを含む。 Hereinafter, preferred embodiments of the microwave processing apparatus of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. The microwave processing apparatus of this embodiment is a microwave oven. However, the microwave processing apparatus of the present disclosure is not limited to a microwave oven, but includes a heat processing apparatus using dielectric heating, a chemical reaction processing apparatus, a semiconductor manufacturing apparatus, and the like.

(実施の形態1)
図1~図8Bを参照して、本開示の実施の形態1を説明する。図1は、本実施の形態に係るマイクロ波処理装置100の斜視図である。
(Embodiment 1)
Embodiment 1 of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 1 to 8B. FIG. 1 is a perspective view of a microwave processing apparatus 100 according to the present embodiment.

図1に示すように、マイクロ波処理装置100は、金属壁面で囲まれた処理室101、処理室101にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部160を備える。マイクロ波供給部160は、導波管102、給電部103、マイクロ波発生部104、および、制御部105を含む。 As shown in FIG. 1, the microwave processing apparatus 100 includes a processing chamber 101 surrounded by a metal wall surface and a microwave supply section 160 that supplies microwaves to the processing chamber 101. Microwave supply section 160 includes a waveguide 102 , a power supply section 103 , a microwave generation section 104 , and a control section 105 .

導波管102は、矩形形状の断面を有し、TE10モードでマイクロ波を伝送する。給電部103は、導波管102と処理室101との接続部分に形成された導波管開口である。導波管開口の中心は、図1における処理室101の左右方向の中心線L1と前後方向の中心線L2との交点に位置する。導波管開口は、二つの辺が中心線L1、L2に平行な矩形形状を有する。 The waveguide 102 has a rectangular cross section and transmits microwaves in TE10 mode. The power feeding section 103 is a waveguide opening formed at a connecting portion between the waveguide 102 and the processing chamber 101 . The center of the waveguide opening is located at the intersection of the center line L1 in the left-right direction and the center line L2 in the front-back direction of the processing chamber 101 in FIG. The waveguide opening has a rectangular shape with two sides parallel to the center lines L1 and L2.

制御部105は、加熱処理に関する情報を受け取り、その情報に応じた出力および周波数の電力を発生させるようにマイクロ波発生部104を制御する。 The control unit 105 receives information regarding the heat treatment, and controls the microwave generation unit 104 to generate power with an output and frequency according to the information.

処理室101内において、給電部103に対向する天井面に共振部106が配置される。図2は、共振部106の構成を示す平面図である。図2に示すように、共振部106は、3×1のマトリクス状に配列された3個の方形パッチ共振器106aを含む。 In the processing chamber 101 , a resonator 106 is arranged on a ceiling surface facing the power supply section 103 . FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the resonator 106. As shown in FIG. 2, the resonator 106 includes three square patch resonators 106a arranged in a 3×1 matrix.

方形パッチ共振器106aは、誘電体106bと方形導体106cとを有する。方形パッチ共振器106aは、マイクロ波発生部104から発生されるマイクロ波の周波数帯域である2.4GHz~2.5GHzの間に共振周波数を有する。 Square patch resonator 106a has a dielectric 106b and a square conductor 106c. The square patch resonator 106a has a resonant frequency between 2.4 GHz and 2.5 GHz, which is the frequency band of microwaves generated from the microwave generator 104.

図3A、図3Bは、方形パッチ共振器により生じる反射位相の周波数特性を示す図である。図3Aの縦軸は反射位相を表し、図3Bの縦軸は反射位相の絶対値を表す。 FIGS. 3A and 3B are diagrams showing frequency characteristics of a reflected phase generated by a square patch resonator. The vertical axis in FIG. 3A represents the reflection phase, and the vertical axis in FIG. 3B represents the absolute value of the reflection phase.

図3Aに示すように、方形パッチ共振器106aの方形導体106cの側から見た時の反射係数の位相(以下、反射位相と呼ぶ)は、2.4GHz~2.5GHzの周波数帯域においてほぼ+180度からほぼ-180度に変化する。図3Aに示す特性では、方形パッチ共振器106aの共振周波数は2.45GHzに設定される。 As shown in FIG. 3A, the phase of the reflection coefficient when viewed from the side of the rectangular conductor 106c of the rectangular patch resonator 106a (hereinafter referred to as reflection phase) is approximately +180 in the frequency band of 2.4 GHz to 2.5 GHz. degree to almost -180 degrees. In the characteristics shown in FIG. 3A, the resonant frequency of the square patch resonator 106a is set to 2.45 GHz.

図3Bは、図3Aの縦軸を絶対値で表したものである。図3Bに示すように、ほとんどの周波数では反射位相は180度であるが、2.45GHz近傍では反射位相は0度まで低下する。方形導体106cの長さを方形導体106cを流れる電流の波長の半分程度に設定すると、共振が発生する。 FIG. 3B shows the vertical axis of FIG. 3A as an absolute value. As shown in FIG. 3B, the reflection phase is 180 degrees at most frequencies, but the reflection phase drops to 0 degrees near 2.45 GHz. When the length of the rectangular conductor 106c is set to about half the wavelength of the current flowing through the rectangular conductor 106c, resonance occurs.

例えば、一般的な電子レンジで用いられる2.45GHzのマイクロ波の波長は、誘電率が1の空気中において約120mmである。このため、誘電体106bが、比誘電率が1に近い、例えば発泡スチロールである場合、方形導体106cの長さを60mm程度に設定すればよい。方形導体106cの長さが例えば53mmでも、共振が発生する。 For example, the wavelength of a 2.45 GHz microwave used in a typical microwave oven is approximately 120 mm in air with a dielectric constant of 1. For this reason, when the dielectric material 106b is, for example, foamed polystyrene having a dielectric constant close to 1, the length of the rectangular conductor 106c may be set to about 60 mm. Even if the length of the rectangular conductor 106c is, for example, 53 mm, resonance occurs.

誘電体106bに汎用的な基板材料や樹脂材料を選ぶと、比誘電率が1よりも大きくなり(2~5程度)、比誘電率が高いとマイクロ波の波長は短くなる傾向がある。このため、方形導体106cを短くすることができる。 If a general-purpose substrate material or resin material is selected for the dielectric 106b, the dielectric constant will be larger than 1 (about 2 to 5), and the higher the dielectric constant, the shorter the wavelength of the microwave tends to be. Therefore, the rectangular conductor 106c can be shortened.

なお、共振部106の方形導体106cを有するパッチ面の反対側の面は、処理室101の金属壁面と同電位を有する。 Note that the surface of the resonator 106 opposite to the patch surface having the rectangular conductor 106c has the same potential as the metal wall surface of the processing chamber 101.

ここで、給電部103から放射されるマイクロ波の電界の向きについて図4A~図4Cを参照して説明する。 Here, the direction of the electric field of the microwave radiated from the power feeding unit 103 will be explained with reference to FIGS. 4A to 4C.

図4A~図4Cは、導波管に生じる電界を説明するための図である。図4Aは、導波管の斜視図である。図4Bは、開口の正面から見た導波管の断面図である。図4Cは、導波管開口から放射される電界を説明するための図である。 FIGS. 4A to 4C are diagrams for explaining the electric field generated in the waveguide. FIG. 4A is a perspective view of the waveguide. FIG. 4B is a cross-sectional view of the waveguide seen from the front of the aperture. FIG. 4C is a diagram for explaining the electric field radiated from the waveguide opening.

マイクロ波は、導波管102により図4Aに示すZ軸の正方向に伝送され、給電部103から放射される。導波管102の幅aを、マイクロ波の波長λの1/2からマイクロ波の波長λの間に設定し、導波管102の高さbを、マイクロ波の波長λの1/2に設定すると、導波管102はTE10モードでマイクロ波を伝送する。 The microwave is transmitted by the waveguide 102 in the positive direction of the Z-axis shown in FIG. 4A, and is radiated from the power feeding section 103. The width a of the waveguide 102 is set between 1/2 of the microwave wavelength λ and the microwave wavelength λ, and the height b of the waveguide 102 is set to 1/2 of the microwave wavelength λ. When set, waveguide 102 transmits microwaves in TE10 mode.

図4Bに示すように、TE10モードにおいて、高さ方向に矢線E1で表される電界が生じ、幅方向に矢線H1で表される磁界が生じる。電界は、導波管102内の幅方向における中央で最大となり、導波管102内の両端で0となる。このため、電界強度分布は、破線E2のように示される。 As shown in FIG. 4B, in the TE10 mode, an electric field indicated by arrow E1 is generated in the height direction, and a magnetic field indicated by arrow H1 is generated in the width direction. The electric field is maximum at the center in the width direction within the waveguide 102 and becomes 0 at both ends within the waveguide 102. Therefore, the electric field strength distribution is shown as a broken line E2.

図4Cに示すように、TE10モードにおいて、給電部103からZ軸の正方向に電界が放射される。この電界のベクトル成分は、矢線E1と同じくY方向(すなわち、導波管の高さ方向)にのみ振動し、時間とともにZ方向に伝送される。このため、電界は、破線E3のように伝送される。 As shown in FIG. 4C, in the TE10 mode, an electric field is radiated from the power feeding unit 103 in the positive direction of the Z-axis. The vector component of this electric field oscillates only in the Y direction (that is, the height direction of the waveguide) like the arrow E1, and is transmitted in the Z direction over time. Therefore, the electric field is transmitted as shown by the broken line E3.

導波管102から放射された後も、電界ベクトルは主にY方向にのみ振動する。この電界ベクトルの振動方向を偏波と呼び、振動方向と伝送方向とで形成される面(この場合、YZ面)を偏波面と呼ぶ。 Even after being radiated from the waveguide 102, the electric field vector mainly vibrates only in the Y direction. The direction of vibration of this electric field vector is called a polarized wave, and the plane formed by the vibration direction and the transmission direction (in this case, the YZ plane) is called a polarized wave plane.

一般的に、TE10モードで伝送する導波管において、偏波面は、導波管の高さ方向(Y方向)と伝送方向(Z方向)で形成される面(YZ面)となる。図1においても同様に、導波管102から給電部103を介して処理室101に放射されるマイクロ波は、振動方向(図1の一点鎖線L1の方向)と伝送方向(図1の上方向)とで形成される、破線E4で示される偏波面を有する。 Generally, in a waveguide that transmits in the TE10 mode, the plane of polarization is a plane (YZ plane) formed by the height direction (Y direction) of the waveguide and the transmission direction (Z direction). Similarly, in FIG. 1, the microwaves radiated from the waveguide 102 to the processing chamber 101 via the power feeding section 103 are transmitted in the vibration direction (the direction of the dashed line L1 in FIG. 1) and the transmission direction (in the upward direction in FIG. 1). ) and has a polarization plane shown by a broken line E4.

処理室101内では、マイクロ波は金属壁面で反射を繰り返しながら、処理室101内の被加熱物に吸収される。処理室101内の電界成分は、主に偏波面に平行な向きに生じ、他の向き(例えば、図1のL2方向成分)にはほとんど生じない。 Inside the processing chamber 101, the microwave is absorbed by the object to be heated inside the processing chamber 101 while being repeatedly reflected on the metal wall surface. The electric field component within the processing chamber 101 mainly occurs in a direction parallel to the plane of polarization, and hardly occurs in other directions (for example, the L2 direction component in FIG. 1).

本実施の形態においては、図1に示すように、3個の方形パッチ共振器106aが破線E4で示される偏波面に沿って並ぶように、共振部106が配置される。 In this embodiment, as shown in FIG. 1, the resonator 106 is arranged such that three rectangular patch resonators 106a are lined up along the plane of polarization indicated by the broken line E4.

図5は、方形パッチ共振器106aの個数と位置とを変えた場合の、処理室101内の電界、および、方形パッチ共振器106aのパッチ面上の電流ベクトルの特性を示す図である。図5は、上から順に、解析モデル、観測面O1上の電界、観測面O2上の電界、方形パッチ共振器106aのパッチ面上の電流ベクトルを記載する。 FIG. 5 is a diagram showing the characteristics of the electric field in the processing chamber 101 and the current vector on the patch surface of the rectangular patch resonators 106a when the number and position of the rectangular patch resonators 106a are changed. FIG. 5 shows, from top to bottom, an analytical model, an electric field on the observation surface O1, an electric field on the observation surface O2, and a current vector on the patch surface of the rectangular patch resonator 106a.

図5の上段に示す解析モデルは、図1と同じように処理室101に導波管102が接続された構成を有する。ただし、この解析モデルは、図1の場合とは上下が逆である。 The analytical model shown in the upper part of FIG. 5 has a configuration in which a waveguide 102 is connected to a processing chamber 101 in the same way as in FIG. However, this analytical model is upside down compared to the case in FIG.

観測面O1は、処理室101の前後方向の中央における断面、すなわち、図1の一点鎖線L2に沿った断面であり、図1の破線E4で示される偏波面と直交する。観測面O2は、処理室101の左寄りに位置して観測面O1と直交し、図1の一点鎖線L1と、破線E4で示される偏波面とに平行である。 The observation plane O1 is a cross section at the center of the processing chamber 101 in the front-rear direction, that is, a cross section along the dashed line L2 in FIG. 1, and is orthogonal to the plane of polarization shown by the broken line E4 in FIG. The observation plane O2 is located on the left side of the processing chamber 101, is orthogonal to the observation plane O1, and is parallel to the dashed line L1 in FIG. 1 and the plane of polarization indicated by the broken line E4.

図5の中ほどの2段には、観測面O1上の電界、観測面O2上の電界が等電界強度線図で示される。図5の最下段には、方形パッチ共振器106aのパッチ面上の電流ベクトルが示される。方形パッチ共振器106aの位置は解析モデルによって異なるので、パッチ面上の電流ベクトルは、方形パッチ共振器106aの配置に対応する位置(奥、中央、手前)に記載される。図中の二等辺三角形は電流ベクトルの向きを示す。 In the second row in the middle of FIG. 5, the electric field on the observation plane O1 and the electric field on the observation plane O2 are shown as equal electric field strength diagrams. At the bottom of FIG. 5, a current vector on the patch surface of the rectangular patch resonator 106a is shown. Since the position of the square patch resonator 106a differs depending on the analytical model, the current vector on the patch surface is written at a position (back, center, front) corresponding to the arrangement of the square patch resonator 106a. The isosceles triangle in the figure indicates the direction of the current vector.

図5に示すように、4種類の解析を行った。解析Aでは、方形パッチ共振器106aは使用されない。解析Bでは、1個の方形パッチ共振器106aが前後方向の中央に配置される。解析Cでは、2個の方形パッチ共振器106aが奥と手前とに一つずつ配置される。解析Dでは、3個の方形パッチ共振器106aが奥と中央と手前とに配置される。 As shown in FIG. 5, four types of analysis were performed. In analysis A, square patch resonator 106a is not used. In analysis B, one rectangular patch resonator 106a is placed at the center in the front-rear direction. In analysis C, two rectangular patch resonators 106a are placed, one at the back and one at the front. In analysis D, three rectangular patch resonators 106a are arranged at the back, center, and front.

ここで、観測面O2をどの程度左寄りに配置するかについて説明する。まず、解析Aにおける観測面O1上の電界分布を参照して、解析モデルの処理室101の下面において定在波の腹が生じる位置が選択される。図5では、位置111が選択される。 Here, a description will be given of how far to the left the observation plane O2 should be placed. First, with reference to the electric field distribution on the observation surface O1 in analysis A, a position where an antinode of a standing wave occurs on the lower surface of the processing chamber 101 of the analysis model is selected. In FIG. 5, location 111 is selected.

観測面O1上の位置111を通り観測面O1に直交する面が、観測面O2に設定される。このときの観測面O2上の電界分布を参照すると、観測面O1と観測面O2との交わる部分の位置112に、定在波の腹が生じている。 A plane passing through position 111 on observation plane O1 and perpendicular to observation plane O1 is set as observation plane O2. Referring to the electric field distribution on the observation plane O2 at this time, an antinode of the standing wave is generated at a position 112 where the observation plane O1 and the observation plane O2 intersect.

次に、観測面O1上の電界と観測面O2上の電界とに着目し、解析B、C、Dにおける解析Aからの変化を調べることで、方形パッチ共振器106aの効果を考察する。 Next, focusing on the electric field on the observation plane O1 and the electric field on the observation plane O2, the effect of the rectangular patch resonator 106a will be considered by examining changes from analysis A in analyzes B, C, and D.

解析Aでは、観測面O1、観測面O2とも電界分布が左右対称である。位置111の電界は強く、位置113、位置114の電界は弱く、位置112上の電界は、位置111、位置113の電界の中間くらいである。 In analysis A, the electric field distributions are symmetrical on both the observation plane O1 and the observation plane O2. The electric field at position 111 is strong, the electric field at positions 113 and 114 is weak, and the electric field at position 112 is about halfway between the electric fields at positions 111 and 113.

解析Bでは、位置111、位置112上の電界は弱い。特に観測面O2の位置112には、定在波の節が生じている。観測面O1における電界の左右対称性は崩れている。 In analysis B, the electric fields at positions 111 and 112 are weak. In particular, nodes of standing waves occur at position 112 on observation surface O2. The left-right symmetry of the electric field on the observation plane O1 is broken.

解析Bでは、1個の方形パッチ共振器106aが観測面O2の前後方向の中央に配置される。すなわち、解析Bでは、1個の方形パッチ共振器106aが、解析Aにおける定在波の腹の位置に配置される。解析Bの結果は、定在波の腹の位置に配置された方形パッチ共振器106aが、定在波の腹を節に変化させたことを示している。 In analysis B, one rectangular patch resonator 106a is placed at the center of the observation plane O2 in the front-rear direction. That is, in analysis B, one square patch resonator 106a is placed at the antinode of the standing wave in analysis A. The results of analysis B show that the rectangular patch resonator 106a placed at the antinode of the standing wave changes the antinode of the standing wave into a node.

図3A、図3Bの特性によれば、2.45GHzの周波数に対する方形パッチ共振器106aの反射位相は略0度である。これは、パッチ面への入射波とパッチ面からの反射波との位相差が略0度であることを意味する。通常の金属壁面における入射波と反射波との位相差は180度であることを勘案すると、共振部106の近傍で、通常とは異なる定在波分布が形成されたことが分かる。 According to the characteristics shown in FIGS. 3A and 3B, the reflection phase of the square patch resonator 106a with respect to the frequency of 2.45 GHz is approximately 0 degrees. This means that the phase difference between the incident wave on the patch surface and the reflected wave from the patch surface is approximately 0 degrees. Considering that the phase difference between an incident wave and a reflected wave on a normal metal wall surface is 180 degrees, it can be seen that an unusual standing wave distribution was formed in the vicinity of the resonant section 106.

反射位相が略0度であれば、インピーダンスは無限大となる。このため、パッチ面を流れる高周波電流は抑制され、マイクロ波は共振部106から遠ざかる。これが、共振部106近傍の電界が弱まる原因である。この影響により、観測面O1の左右対称性が崩れると推測される。この効果を第一の効果と呼ぶ。 If the reflection phase is approximately 0 degrees, the impedance will be infinite. Therefore, the high frequency current flowing through the patch surface is suppressed, and the microwave moves away from the resonant section 106. This is the cause of the weakening of the electric field near the resonant section 106. It is estimated that this influence destroys the left-right symmetry of the observation plane O1. This effect is called the first effect.

解析Cでは、解析Aの場合と同様に、位置111、位置112の電界は強い。方形パッチ共振器106aが配置された位置113、114では、電界は弱い。解析Aでは、位置113、114には定在波の節が生じている。すなわち、解析Cの結果は、電界が弱い定在波の節に配置された方形パッチ共振器106aは、あまり定在波分布に影響を与えないことを示している。 In analysis C, as in analysis A, the electric fields at positions 111 and 112 are strong. At positions 113 and 114 where the square patch resonators 106a are located, the electric field is weak. In analysis A, standing wave nodes occur at positions 113 and 114. That is, the result of analysis C shows that the square patch resonator 106a placed at a node of a standing wave where the electric field is weak does not significantly affect the standing wave distribution.

解析Dでは、位置111、位置112の電界が弱く、領域115に強い電界が生じている。観測面O1の左右対称性は崩れている。解析Dの結果は、解析Bの効果と解析Cの効果が合算されたことを示していると思われる。しかし、それだけではなく、領域115に強い電界が生じている。これは、3個の方形パッチ共振器106aが配置されたことの特有の効果である。 In analysis D, the electric fields at positions 111 and 112 are weak, and a strong electric field is generated in region 115. The left-right symmetry of the observation plane O1 is broken. The results of analysis D seem to indicate that the effects of analysis B and analysis C were combined. However, in addition to this, a strong electric field is generated in the region 115. This is a unique effect of arranging the three rectangular patch resonators 106a.

考察のヒントとして、解析Dにおいて図5の最下段に示すパッチ面上の電流ベクトルについて考える。3個の電流ベクトルを比較すると、電流ベクトル116と電流ベクトル117とにおいては図5の下向きのベクトルが多いのに対し、電流ベクトル118においては図5の上向きのベクトルが多い。これを参考にして、3個の方形パッチ共振器106aの配置の効果に関する仮説について、図6A~図6Cを参照して説明する。 As a hint for consideration, consider the current vector on the patch surface shown in the bottom row of FIG. 5 in analysis D. Comparing the three current vectors, the current vector 116 and the current vector 117 have many downward vectors in FIG. 5, while the current vector 118 has many upward vectors in FIG. With reference to this, a hypothesis regarding the effect of the arrangement of the three rectangular patch resonators 106a will be explained with reference to FIGS. 6A to 6C.

図6A~図6Cは、3個の方形パッチ共振器106aを配置する理由を説明するための図である。図6Aは、2個の方形パッチ共振器を離間させて強い電界中に配置した場合の電界を説明するための図である。図6Bは、3個の方形パッチ共振器を配置したときに生じる逆向きの電界を説明するための図である。図6Cは、図6Bにおいて強い電界が弱い電界になることを説明するための図である。 6A to 6C are diagrams for explaining the reason for arranging three rectangular patch resonators 106a. FIG. 6A is a diagram for explaining an electric field when two rectangular patch resonators are spaced apart and placed in a strong electric field. FIG. 6B is a diagram for explaining electric fields in opposite directions that occur when three rectangular patch resonators are arranged. FIG. 6C is a diagram for explaining that the strong electric field in FIG. 6B becomes a weak electric field.

図6Aにおける二つの方形パッチ共振器106aは、図5中の解析Bに示す2個の方形パッチ共振器106aに対応する。図6Aに示すように、強い電界119により同じ向きの電流ベクトル116、117が生じ、2個の方形パッチ共振器106aの間に互いに逆向きの電界120、121が発生する。 The two square patch resonators 106a in FIG. 6A correspond to the two square patch resonators 106a shown in analysis B in FIG. As shown in FIG. 6A, the strong electric field 119 causes current vectors 116, 117 in the same direction, and electric fields 120, 121 in opposite directions are generated between the two square patch resonators 106a.

図6Bに示すように、図6Aにおける2個の方形パッチ共振器106aの間に、もう1個の方形パッチ共振器106aが配置されると、電界120と同じ向きの誘導電界122と、電界121と同じ向きの誘導電界123とが励起される。 As shown in FIG. 6B, when another square patch resonator 106a is placed between the two square patch resonators 106a in FIG. 6A, an induced electric field 122 in the same direction as the electric field 120 and an electric field 121 An induced electric field 123 in the same direction as the current is excited.

図6Cに示すように、誘導電界122、123により、中央に配置された方形パッチ共振器106aには逆向きの電流ベクトル118が発生する。これにより、強い電界119を打ち消す逆向きの電界124が生じる。その結果、強い電界を、3個の方形パッチ共振器106aで生じさせた逆向きの電界で弱めることができる。 As shown in FIG. 6C, the induced electric fields 122, 123 generate a current vector 118 in the opposite direction in the centrally located square patch resonator 106a. This creates an opposite electric field 124 that cancels out the strong electric field 119. As a result, the strong electric field can be weakened by the electric fields in opposite directions generated by the three rectangular patch resonators 106a.

このように、上記仮説では、中央に配置された方形パッチ共振器106aに発生する電流ベクトル118は、それぞれ奥および手前に配置された方形パッチ共振器106aに発生する電流ベクトル116、117と逆向きである。この結果は、図5の解析Dと一致する。この効果を第二の効果と呼ぶ。第二の効果は、3個の方形パッチ共振器106aを配置することによる、上記第一の効果とは別の効果と考えられる。 In this way, in the above hypothesis, the current vector 118 generated in the square patch resonator 106a placed in the center is in the opposite direction to the current vectors 116 and 117 generated in the square patch resonators 106a placed in the back and front, respectively. It is. This result is consistent with analysis D in FIG. This effect is called the second effect. The second effect is considered to be an effect different from the first effect described above due to the arrangement of the three rectangular patch resonators 106a.

従って、図5の解析Bは、定在波の腹の位置に配置された1個の方形パッチ共振器106aが電界を弱めるという第一の効果のみを示す。図5の解析Dは、3個の方形パッチ共振器106aが電界を弱めるという第二の効果が、第一の効果に合算されることを示す。 Therefore, analysis B in FIG. 5 shows only the first effect of weakening the electric field by one square patch resonator 106a placed at the antinode of the standing wave. Analysis D of FIG. 5 shows that the second effect of the three square patch resonators 106a weakening the electric field adds to the first effect.

従って、解析Dは、解析Bに比べて方形パッチ共振器106aの近傍の場所の電界をより一層弱めるという効果を示す。その結果、方形パッチ共振器106aから離れた場所の電界が相対的に強められ、領域115に強い電界が生じたと考えられる。 Therefore, analysis D exhibits the effect of further weakening the electric field in the vicinity of the rectangular patch resonator 106a compared to analysis B. As a result, it is considered that the electric field at a location away from the rectangular patch resonator 106a is relatively strengthened, and a strong electric field is generated in the region 115.

第二の効果は、方形パッチ共振器106aが定在波の腹の位置に配置されると電界が弱まる一方、方形パッチ共振器106aが定在波の節の位置に配置されても定在波は変化しないことである。 The second effect is that when the square patch resonator 106a is placed at the antinode position of the standing wave, the electric field weakens, but even when the square patch resonator 106a is placed at the node position of the standing wave, the standing wave is that it does not change.

なぜならば、方形パッチ共振器106aが定在波の節の位置に配置されると、奥と手前との方形パッチ共振器106aに逆向きの電流が流れ、2個の方形パッチ共振器106aの間に同じ向きの電界が発生し、中央の共振部が配置されても上述のような誘導電界や逆向きの電流が生じないからである。 This is because when the square patch resonators 106a are placed at the nodes of the standing wave, currents flow in opposite directions to the rear and front square patch resonators 106a, and the current flows between the two square patch resonators 106a. This is because an electric field in the same direction is generated at both ends, and even if the central resonant section is placed, no induced electric field or current in the opposite direction as described above will occur.

以下、処理室101に二つの被加熱物を収容する場合について説明する。図7は、二つの被加熱物が収容された状態における、マイクロ波処理装置100の断面図である。 A case in which two objects to be heated are accommodated in the processing chamber 101 will be described below. FIG. 7 is a cross-sectional view of the microwave processing apparatus 100 in a state where two objects to be heated are accommodated.

図7に示すように、処理室101は、給電部103の上方に配置された載置板107を有する。載置板107は、低誘電損失材料で構成される。載置板107には、被加熱物108、109が配置される。この状態において、マイクロ波発生部104がマイクロ波110を供給する。 As shown in FIG. 7, the processing chamber 101 includes a mounting plate 107 arranged above the power supply section 103. The mounting plate 107 is made of a low dielectric loss material. Objects to be heated 108 and 109 are placed on the mounting plate 107 . In this state, the microwave generator 104 supplies the microwave 110.

図8A、図8Bは、図7に示す処理室101内の電界分布を示す図である。図8Aは、共振部106が設けられない場合の電界分布を示し、図8Bは、共振部106が処理室101の右側の天井面に設けられた場合の電界分布を示す。 8A and 8B are diagrams showing the electric field distribution inside the processing chamber 101 shown in FIG. 7. FIG. 8A shows the electric field distribution when the resonant part 106 is not provided, and FIG. 8B shows the electric field distribution when the resonant part 106 is provided on the right ceiling surface of the processing chamber 101.

図8Aに示すように、共振部106が設けられない場合、処理室101内にはほぼ左右対称の電界分布が生じ、より均一な定在波分布が現れる。 As shown in FIG. 8A, when the resonator 106 is not provided, a substantially symmetrical electric field distribution occurs in the processing chamber 101, and a more uniform standing wave distribution appears.

一方、図8Bに示すように、共振部106が処理室101の右側の天井面に設けられると、処理室101の右側に弱い電界が生じ、処理室101の左側に強い電界が生じる偏在した定在波分布が現れる。この場合、被加熱物108に吸収される電力は、被加熱物109のそれに対して約2.7倍多くなった。 On the other hand, as shown in FIG. 8B, when the resonator 106 is provided on the ceiling surface on the right side of the processing chamber 101, a weak electric field is generated on the right side of the processing chamber 101, and a strong electric field is generated on the left side of the processing chamber 101. Wave distribution appears. In this case, the electric power absorbed by the heated object 108 was approximately 2.7 times greater than that of the heated object 109.

以上のように、本実施の形態のマイクロ波処理装置100は、金属壁面で囲まれた処理室101と、処理室101にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部160と、マイクロ波の周波数帯域において共振周波数を有する共振部106とを備える。共振部106は、処理室101を構成する金属壁面に生じる偏波面の向きに沿って配置された3個のパッチ共振器(方形パッチ共振器106a)を有する。 As described above, the microwave processing apparatus 100 of the present embodiment has a processing chamber 101 surrounded by a metal wall surface, a microwave supply unit 160 that supplies microwaves to the processing chamber 101, and a microwave processing device 100 in a microwave frequency band. and a resonant section 106 having a resonant frequency. The resonator 106 includes three patch resonators (square patch resonators 106a) arranged along the direction of the plane of polarization generated on the metal wall surface constituting the processing chamber 101.

本構成では、共振周波数の近傍の周波数を有するマイクロ波が処理室101に供給されると、共振部106の表面で、マイクロ波は略0度の位相差で反射される。一方、処理室101の金属壁面では、マイクロ波は180度の位相差で反射される。これにより、電界の向きが反転する。その結果、処理室101内に出現する定在波分布に何らかの変化が生じる。 In this configuration, when microwaves having a frequency near the resonant frequency are supplied to the processing chamber 101, the microwaves are reflected at the surface of the resonant section 106 with a phase difference of approximately 0 degrees. On the other hand, on the metal wall surface of the processing chamber 101, the microwave is reflected with a phase difference of 180 degrees. This reverses the direction of the electric field. As a result, some change occurs in the standing wave distribution appearing within the processing chamber 101.

特に、偏波面の向きに沿って3個の方形パッチ共振器106aが配置されると、処理室101内に現れる定在波分布にどのような変化が生じるのかをより明確にすることができる。 In particular, when the three rectangular patch resonators 106a are arranged along the direction of the polarization plane, it becomes clearer what kind of change occurs in the standing wave distribution appearing in the processing chamber 101.

第一に、定在波の腹に3個の方形パッチ共振器106aが配置されると、両端の方形パッチ共振器106aには、同じ方向の電界および電流が生じる。中央の方形パッチ共振器106aには、両端の方形パッチ共振器106aとは逆の方向の電界および電流が生じる。この逆向きの電界が強い電界を打ち消すように作用して、定在波の腹が節に変化する。 First, when three rectangular patch resonators 106a are placed at the antinode of a standing wave, electric fields and currents in the same direction are generated in the rectangular patch resonators 106a at both ends. An electric field and current are generated in the central square patch resonator 106a in the opposite direction to those in the square patch resonators 106a at both ends. This opposite electric field acts to cancel out the strong electric field, and the antinodes of the standing waves change into nodes.

第二に、定在波の節に3個の方形パッチ共振器106aが配置されると、定在波は変化しない。すなわち、偏波面の向きに沿って3個の方形パッチ共振器106aが配置されると、方形パッチ共振器106aが配置された場所が定在波の腹の位置であるか、節の位置であるかに関わらず、常にその場所に定在波の節が生じる。 Second, when the three square patch resonators 106a are placed at the nodes of the standing wave, the standing wave does not change. That is, when the three square patch resonators 106a are arranged along the direction of the polarization plane, the place where the square patch resonators 106a are arranged is the position of the antinode of the standing wave or the position of the node. Regardless of the location, a standing wave node will always occur at that location.

この効果により、処理室101内の定在波分布、すなわち、マイクロ波エネルギー分布を制御することができる。従って、例えば、複数の被加熱物を同時加熱する場合、それぞれの被加熱物に所望のマイクロ波エネルギーを吸収させることができる。 This effect makes it possible to control the standing wave distribution within the processing chamber 101, that is, the microwave energy distribution. Therefore, for example, when a plurality of objects to be heated are heated simultaneously, each object to be heated can absorb desired microwave energy.

例えば、一方の被加熱物が載置された場所に定在波の節が生じるように制御することで、一方の被加熱物が、他方の被加熱物よりもマイクロ波エネルギーを吸収しないように制御することができる。 For example, by controlling so that nodes of standing waves occur where one heated object is placed, one heated object can be prevented from absorbing more microwave energy than the other heated object. can be controlled.

本実施の形態では、共振部106は、扁平な方形パッチ共振器106aを含む。これにより、処理室101の内部の有効容積をほとんど損なうことなく、共振部106を配置することができる。 In this embodiment, the resonator 106 includes a flat rectangular patch resonator 106a. Thereby, the resonator 106 can be arranged without substantially impairing the effective volume inside the processing chamber 101.

方形パッチ共振器106aは、パッチ面が処理室101の内側を向き、パッチ面と反対側の面が処理室101の金属壁面と同電位を有するように配置される。この構成により、処理室101の内部の有効容積を十分に確保することができる。 The rectangular patch resonator 106a is arranged such that the patch surface faces inside the processing chamber 101 and the surface opposite to the patch surface has the same potential as the metal wall surface of the processing chamber 101. With this configuration, a sufficient internal effective volume of the processing chamber 101 can be ensured.

3個の方形パッチ共振器106aが、処理室101を構成する金属壁面の一つに配置される。これにより、共振部106による定在波分布の変化を容易に予測することができる。その結果、被加熱物を所望のように加熱することができる。 Three rectangular patch resonators 106a are arranged on one of the metal walls that make up the processing chamber 101. Thereby, changes in the standing wave distribution due to the resonant section 106 can be easily predicted. As a result, the object to be heated can be heated as desired.

本実施の形態では、給電部103が配置された処理室101の金属壁面に対向する処理室101の金属壁面に、共振部106が配置される。これにより、マイクロ波エネルギー分布を給電部103の近傍に集中させることができる。その結果、給電部103からのマイクロ波エネルギーとともに、被加熱物を効率よく加熱することができる。 In this embodiment, the resonator 106 is arranged on a metal wall surface of the processing chamber 101 that faces the metal wall surface of the processing chamber 101 in which the power supply section 103 is arranged. Thereby, the microwave energy distribution can be concentrated near the power feeding section 103. As a result, the object to be heated can be efficiently heated together with the microwave energy from the power supply section 103.

マイクロ波供給部160は、マイクロ波発生部104と、マイクロ波発生部104の発振周波数および出力を制御する制御部105とを備える。これにより、複数の被加熱物を同時に加熱することができる。 The microwave supply section 160 includes a microwave generation section 104 and a control section 105 that controls the oscillation frequency and output of the microwave generation section 104. Thereby, a plurality of objects to be heated can be heated simultaneously.

共振部106が、4個以上の方形パッチ共振器106aを含んでもよい。この場合、4個以上のパッチ共振器のうちの隣接する3個のパッチ共振器の組合せによってその組合せの中心位置は異なる。これは、実質的に3個のパッチ共振器の組合せが複数存在することに相当する。 The resonator 106 may include four or more square patch resonators 106a. In this case, the center position of the combination differs depending on the combination of three adjacent patch resonators among the four or more patch resonators. This corresponds to the existence of multiple combinations of three patch resonators.

このため、例えば定在波の腹の位置が想定からずれたとしても、想定していた3個のパッチ共振器の組合せとは異なる他の3個のパッチ共振器の組合せが、上述の共振部106と同様に機能する可能性がある。 Therefore, even if the position of the antinode of the standing wave deviates from the expected position, for example, a combination of three patch resonators different from the expected combination of three patch resonators may be 106 may function similarly.

(実施の形態2)
図9~図10Bを参照して、本開示の実施の形態2を説明する。本実施の形態に係るマイクロ波処理装置100は、共振部106以外は基本的に実施の形態1と同じ構成を有する。
(Embodiment 2)
Embodiment 2 of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 9 to 10B. Microwave processing device 100 according to this embodiment basically has the same configuration as Embodiment 1 except for resonance section 106.

図9は、本実施の形態における共振部106の構成を示す図である。図9に示すように、共振部106は、正方形形状の方形導体106cを有する。方形導体106cが3×3のマトリクス状に分割された9個の領域を有すると考えると、中央の行および中央の列に含まれる5個の領域のそれぞれに、誘電体106bが設けられる。 FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the resonance section 106 in this embodiment. As shown in FIG. 9, the resonator 106 has a square conductor 106c. Considering that the rectangular conductor 106c has nine regions divided into a 3×3 matrix, the dielectric 106b is provided in each of the five regions included in the center row and center column.

すなわち、中央の行には、3個の方形パッチ共振器106aが横方向に並べられ、中央の列には、3個の方形パッチ共振器106aが縦方向に並べられる。本実施の形態の共振部106は、十字状に配置された5個の方形パッチ共振器106aを有する。 That is, three rectangular patch resonators 106a are arranged horizontally in the center row, and three rectangular patch resonators 106a are arranged vertically in the center column. The resonator 106 of this embodiment includes five rectangular patch resonators 106a arranged in a cross shape.

図10A、図10Bは、処理室101の一つの金属壁面(例えば、天井面)における共振部106と給電部103との配置の例を示す図である。 10A and 10B are diagrams illustrating an example of the arrangement of the resonant section 106 and the power feeding section 103 on one metal wall surface (for example, the ceiling surface) of the processing chamber 101.

図10Aに示す構成では、給電部103が横長の導波管開口を有する。このため、電界E1の振動方向は縦方向(図10Aにおける上下方向)となり、偏波面は縦方向となる。 In the configuration shown in FIG. 10A, the power feeding section 103 has a horizontally elongated waveguide opening. Therefore, the vibration direction of the electric field E1 is the vertical direction (the vertical direction in FIG. 10A), and the plane of polarization is the vertical direction.

このため、本構成では、十字状に配置された5個の方形パッチ共振器106aのうち、縦方向に配置された3個の方形パッチ共振器106aが、実施の形態1における共振部106と同様に機能する。 Therefore, in this configuration, among the five rectangular patch resonators 106a arranged in a cross shape, the three rectangular patch resonators 106a arranged in the vertical direction are similar to the resonating section 106 in the first embodiment. functions.

図10Bに示す構成では、給電部103が縦長の導波管開口を有する。このため、電界E1の振動方向は横方向(図10Aにおける左右方向)となり、偏波面は横方向となる。 In the configuration shown in FIG. 10B, the power feeding section 103 has a vertically elongated waveguide opening. Therefore, the vibration direction of the electric field E1 is the horizontal direction (left-right direction in FIG. 10A), and the plane of polarization is the horizontal direction.

このため、本構成では、十字状に配置された5個の方形パッチ共振器106aのうち、横方向に配置された3個の方形パッチ共振器106aが、実施の形態1における共振部106と同様に機能する。なお、本実施の形態では、縦方向、横方向はそれぞれ、図1における処理室101の前後方向、左右方向に相当する。 Therefore, in this configuration, among the five rectangular patch resonators 106a arranged in a cross shape, the three rectangular patch resonators 106a arranged laterally are similar to the resonating section 106 in the first embodiment. functions. In this embodiment, the vertical direction and the horizontal direction correspond to the front-rear direction and left-right direction of the processing chamber 101 in FIG. 1, respectively.

電子レンジの場合、一般的に、図10A、図10Bに示すように、処理室101は横長の直方体形状であり、給電部103は処理室101の外形に平行に配置される。しかし、図10Aに示す構成、図10Bに示す構成のどちらを選ぶかは設計次第である。従って、共振部106が図9に示す構成を有すれば、共振部106は、図10Aに示す構成、図10Bに示す構成のどちらにおいても、実施の形態1における共振部106と同様に機能する。 In the case of a microwave oven, generally, as shown in FIGS. 10A and 10B, the processing chamber 101 has a horizontally long rectangular parallelepiped shape, and the power supply section 103 is arranged parallel to the outer shape of the processing chamber 101. However, which of the configuration shown in FIG. 10A and the configuration shown in FIG. 10B is selected depends on the design. Therefore, if the resonant section 106 has the configuration shown in FIG. 9, the resonant section 106 functions similarly to the resonant section 106 in the first embodiment in both the configuration shown in FIG. 10A and the configuration shown in FIG. 10B. .

以上のように、本実施の形態において、共振部106は、十字状に配置された5個のパッチ共振器(方形パッチ共振器106a)を有する。本構成により、縦方向の偏波面、横方向の偏波面のいずれの対しても、定在波の腹を節に変化させることができる。本実施の形態によれば、処理室101内の定在波分布、すなわち、マイクロ波エネルギー分布を制御することができる。 As described above, in this embodiment, the resonator 106 includes five patch resonators (square patch resonators 106a) arranged in a cross shape. With this configuration, the antinode of the standing wave can be changed into a node for both the vertical polarization plane and the horizontal polarization plane. According to this embodiment, the standing wave distribution in the processing chamber 101, that is, the microwave energy distribution can be controlled.

本実施の形態では、共振部106は、十字状に配置された5個の方形パッチ共振器106aを有する。すなわち、共振部106は、縦方向および横方向に3個のパッチ共振器が並ぶように配置された、合計5個のパッチ共振器を有する。この構成により、実施の形態1の共振部106を縦方向と横方向とにそれぞれ一つずつ設ける場合に比べて、必要な方形パッチ共振器106aの個数を減らすことができる。 In this embodiment, the resonator 106 includes five square patch resonators 106a arranged in a cross shape. That is, the resonator 106 has a total of five patch resonators, with three patch resonators arranged in a row in the vertical and horizontal directions. With this configuration, the number of required rectangular patch resonators 106a can be reduced compared to the case where one resonator section 106 is provided in the vertical direction and one in the horizontal direction in the first embodiment.

共振部106において、縦方向および横方向に、4個以上の方形パッチ共振器106aが配置されてもよい。この場合、4個以上のパッチ共振器のうちの隣接する3個のパッチ共振器の組合せによってその組合せの中心位置は異なる。これは、実質的に3個のパッチ共振器の組合せが複数存在することに相当する。 In the resonator 106, four or more rectangular patch resonators 106a may be arranged in the vertical and horizontal directions. In this case, the center position of the combination differs depending on the combination of three adjacent patch resonators among the four or more patch resonators. This corresponds to the existence of multiple combinations of three patch resonators.

このため、例えば定在波の腹の位置が想定からずれたとしても、想定していた3個のパッチ共振器の組合せとは異なる他の3個のパッチ共振器の組合せが、実施の形態1における共振部106と同様に機能する可能性がある。 Therefore, even if, for example, the position of the antinode of the standing wave deviates from the expected position, other combinations of three patch resonators different from the expected combination of three patch resonators may be different from the one in Embodiment 1. There is a possibility that it functions similarly to the resonant section 106 in .

(実施の形態3)
図11~図13Bを参照して、本開示の実施の形態3を説明する。図11は、本実施の形態に係る共振部130の構成を示す平面図である。
(Embodiment 3)
Embodiment 3 of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 11 to 13B. FIG. 11 is a plan view showing the configuration of the resonator 130 according to this embodiment.

図11に示すように、共振部130は、円形の誘電体130b上に配置された9個の円形導体130cを有する。9個の円形導体130cのうち、1個の円形導体130cが中央に配置され、8個の円形導体130cが、中央の円形導体130cを中心とした円周上に等間隔に配置される。すなわち、この構成では、縦方向、横方向、斜め方向のいずれにも、3個の円形パッチ共振器130aが並ぶ。 As shown in FIG. 11, the resonator 130 has nine circular conductors 130c arranged on a circular dielectric 130b. Among the nine circular conductors 130c, one circular conductor 130c is arranged at the center, and the eight circular conductors 130c are arranged at equal intervals on the circumference around the central circular conductor 130c. That is, in this configuration, three circular patch resonators 130a are lined up in any of the vertical, horizontal, and diagonal directions.

本実施の形態では、縦方向、横方向はそれぞれ、図1における処理室101の前後方向、左右方向に相当する。斜め方向は、縦方向、横方向の両方に対して45度をなす方向である。 In this embodiment, the vertical direction and the horizontal direction correspond to the front-back direction and the left-right direction of the processing chamber 101 in FIG. 1, respectively. The diagonal direction is a direction that makes 45 degrees to both the vertical direction and the horizontal direction.

円形導体130cの直径を、円形導体130c上を流れる電流の波長の半分程度の長さに設定すると、共振を発生させることができる。2.45GHzのマイクロ波の波長は、誘電率が1の空気中において約120mmである。このため、誘電体130bの比誘電率が1に近い、例えば発泡スチロールである場合、円形導体130cの直径を60mm程度に設定すればよい。 Resonance can be generated by setting the diameter of the circular conductor 130c to approximately half the wavelength of the current flowing on the circular conductor 130c. The wavelength of a 2.45 GHz microwave is approximately 120 mm in air with a dielectric constant of 1. For this reason, if the dielectric material 130b has a dielectric constant close to 1, for example, foamed polystyrene, the diameter of the circular conductor 130c may be set to about 60 mm.

本実施の形態では、比誘電率が3.5、tanδが0.004、厚さが0.6mm程度の基板を誘電体130bとして用い、円形導体130cを基板上の銅箔のパターンで形成する。この構成により、共振部130の直径を38mmまで小さくすることができた。 In this embodiment, a substrate with a dielectric constant of 3.5, tan δ of 0.004, and a thickness of about 0.6 mm is used as the dielectric 130b, and the circular conductor 130c is formed by a pattern of copper foil on the substrate. . With this configuration, the diameter of the resonant section 130 could be reduced to 38 mm.

図12Aは、本実施の形態に係るマイクロ波処理装置100の構成を示す縦断面図である。図12Bは、図12Aの12B-12B線に沿った横断面図である。 FIG. 12A is a longitudinal cross-sectional view showing the configuration of microwave processing apparatus 100 according to this embodiment. FIG. 12B is a cross-sectional view taken along line 12B-12B in FIG. 12A.

本実施の形態では、導波管102から直接マイクロ波が処理室101に放射されるのではなく、放射アンテナ131を介して処理室101にマイクロ波が放射される。 In this embodiment, the microwaves are not directly radiated from the waveguide 102 to the processing chamber 101 but are radiated to the processing chamber 101 via the radiation antenna 131.

図12A、図12Bに示すように、放射アンテナ131は、導波管102に結合する結合軸132と放射部133とを有する。放射部133は、三つの壁面(壁面134a、134b、134c)と、壁面の周囲に設けられたフランジ135と、天井面136と、前方開口137とを有する。 As shown in FIGS. 12A and 12B, the radiation antenna 131 has a coupling axis 132 coupled to the waveguide 102 and a radiation section 133. The radiation section 133 has three wall surfaces (wall surfaces 134a, 134b, and 134c), a flange 135 provided around the wall surfaces, a ceiling surface 136, and a front opening 137.

放射アンテナ131は、壁面134a、134b、134cと天井面136とにより形成される導波管構造を有し、前方開口137から矢線138の方向にマイクロ波を放射する。その結果、本実施の形態のマイクロ波処理装置100は、矢線138を含み図12Bの紙面に垂直な偏波面を有する。 The radiation antenna 131 has a waveguide structure formed by wall surfaces 134a, 134b, and 134c and a ceiling surface 136, and radiates microwaves from a front opening 137 in the direction of an arrow 138. As a result, the microwave processing device 100 of this embodiment has a polarization plane that includes the arrow line 138 and is perpendicular to the paper plane of FIG. 12B.

モータ139は結合軸132に係合し、制御部105による指示に応じて結合軸132を回転させる。結合軸132の回転に伴って放射部133が回転すると、前方開口137から放射されるマイクロ波の向き、および、偏波面も回転する。 The motor 139 engages with the coupling shaft 132 and rotates the coupling shaft 132 according to instructions from the control section 105. When the radiation section 133 rotates with the rotation of the coupling shaft 132, the direction and polarization plane of the microwave radiated from the front opening 137 also rotate.

このように、回転する放射アンテナ131を備えた構成では、偏波面は、縦方向、横方向だけでなく種々の方向を有する。このため、図11に示す構成の共振部130は、図12A、図12Bに示す構成において生じる偏波面に対して効果を発揮することができる。 In this way, in the configuration including the rotating radiation antenna 131, the plane of polarization has various directions in addition to the vertical and horizontal directions. Therefore, the resonator 130 having the configuration shown in FIG. 11 can exhibit an effect on the plane of polarization that occurs in the configurations shown in FIGS. 12A and 12B.

図13Aは、本実施の形態に係るマイクロ波処理装置100の他の構成を示す縦断面図である。図13Bは、図13Aの13B-13B線に沿った横断面図である。 FIG. 13A is a longitudinal cross-sectional view showing another configuration of the microwave processing apparatus 100 according to this embodiment. FIG. 13B is a cross-sectional view taken along line 13B-13B in FIG. 13A.

図13Bに示すように、本構成では、放射アンテナ131は、天井面136に設けられたX字形状の円偏波開孔140を有し、円偏波開孔140から図13Aの上方向に円偏波のマイクロ波を放射する。 As shown in FIG. 13B, in this configuration, the radiation antenna 131 has an X-shaped circularly polarized aperture 140 provided on the ceiling surface 136, and extends upward from the circularly polarized aperture 140 in FIG. 13A. Emit circularly polarized microwaves.

実施の形態1、2において、導波管開口から放射されるマイクロ波は、単一の振動方向を有する電界を生成する。マイクロ波の伝送方向も単一であるので、この場合、単一の偏波面が生じる。このようなマイクロ波は、直線偏波のマイクロ波と呼ばれる。 In the first and second embodiments, the microwaves emitted from the waveguide opening generate an electric field having a single vibration direction. Since the microwave transmission direction is also single, a single plane of polarization occurs in this case. Such microwaves are called linearly polarized microwaves.

一方、円偏波のマイクロ波では、X字状の円偏波開孔140の交点を中心に電界自体が回転する。このため、偏波面は、縦方向、横方向だけでなく種々の方向を有する。図11に示す構成の共振部130は、図13A、図13Bに示す構成において生じる偏波面に対して効果を発揮することができる。 On the other hand, in the case of circularly polarized microwaves, the electric field itself rotates around the intersection of the X-shaped circularly polarized apertures 140. Therefore, the plane of polarization has various directions as well as the vertical and horizontal directions. The resonator 130 having the configuration shown in FIG. 11 can exhibit an effect on the plane of polarization generated in the configurations shown in FIGS. 13A and 13B.

以上のように、本実施の形態において、共振部130は、中央に配置された1個の円形パッチ共振器130aと、当該1個の円形パッチ共振器130aを中心とした円周上に等間隔に配置された8個の円形パッチ共振器130aとを含む。この構成では、縦方向、横方向、斜め方向のいずれにも、3個のパッチ共振器が並ぶ。 As described above, in the present embodiment, the resonating section 130 includes one circular patch resonator 130a arranged at the center and equidistant intervals on the circumference around the one circular patch resonator 130a. and eight circular patch resonators 130a arranged in the same direction. In this configuration, three patch resonators are lined up in any of the vertical, horizontal, and diagonal directions.

この構成により、縦方向、横方向、斜め方向のいずれにも、共振部130が、実施の形態1における共振部106と同様に機能する。 With this configuration, the resonator 130 functions in the same manner as the resonator 106 in the first embodiment in any of the vertical, horizontal, and diagonal directions.

本実施の形態において、共振部130は、円形導体130cを含む円形パッチ共振器130aにより構成される。パッチ共振器では、導体の長さによって共振が発生するかどうかが決まる。円形導体は、縦、横、斜めのいずれの方向に対しても同じ長さを有する。 In this embodiment, the resonator 130 is constituted by a circular patch resonator 130a including a circular conductor 130c. In a patch resonator, the length of the conductor determines whether resonance occurs. A circular conductor has the same length in any of the vertical, horizontal, and diagonal directions.

このため、共振部130を用いれば、縦、横、斜めのいずれの偏波面に対しても共振を発生させることができる。本実施の形態によれば、処理室101内の定在波分布、すなわち、マイクロ波エネルギー分布を制御することができる。 Therefore, by using the resonator 130, resonance can be generated for any plane of polarization, such as vertical, horizontal, or diagonal. According to this embodiment, the standing wave distribution in the processing chamber 101, that is, the microwave energy distribution can be controlled.

本実施の形態の共振部130は、上記構成に限定されない。例えば、共振部130が、3×3のマトリクス状に配置された9個のパッチ共振器を有してもよい。すなわち、本実施の形態では、共振部130は、縦方向、横方向、および、斜め方向の各方向に3個のパッチ共振器が放射状に並ぶように配置された、合計9個のパッチ共振器を有する。 The resonator 130 of this embodiment is not limited to the above configuration. For example, the resonator 130 may include nine patch resonators arranged in a 3×3 matrix. That is, in the present embodiment, the resonator 130 includes a total of nine patch resonators, three patch resonators arranged radially in each of the vertical, horizontal, and diagonal directions. has.

共振部130において、縦方向、横方向、および、斜め方向の各方向に、4個以上の円形パッチ共振器130aが配置されてもよい。この場合、4個以上のパッチ共振器のうちの隣接する3個のパッチ共振器の組合せによってその組合せの中心位置は異なる。これは、実質的に3個のパッチ共振器の組合せが複数存在することに相当する。 In the resonator 130, four or more circular patch resonators 130a may be arranged in each of the vertical, horizontal, and diagonal directions. In this case, the center position of the combination differs depending on the combination of three adjacent patch resonators among the four or more patch resonators. This corresponds to the existence of multiple combinations of three patch resonators.

このため、例えば定在波の腹の位置が想定からずれたとしても、想定していた3個のパッチ共振器の組合せとは異なる他の3個のパッチ共振器の組合せが、実施の形態1における共振部106と同様に機能する可能性がある。 Therefore, even if, for example, the position of the antinode of the standing wave deviates from the expected position, other combinations of three patch resonators different from the expected combination of three patch resonators may be different from the one in Embodiment 1. There is a possibility that it functions similarly to the resonant section 106 in .

(実施の形態4)
図14、図15を参照して、本開示の実施の形態4を説明する。図14は、本実施の形態に係るマイクロ波処理装置100の構成を示す斜視図である。図15は、図14に示す共振部の特性を示す図である。
(Embodiment 4)
Embodiment 4 of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 14 and 15. FIG. 14 is a perspective view showing the configuration of microwave processing apparatus 100 according to this embodiment. FIG. 15 is a diagram showing the characteristics of the resonant section shown in FIG. 14.

図14に示すように、本実施の形態のマイクロ波処理装置100は、処理室101の天井面に、3×3のマトリクス状に配置された9個の共振部(共振部141、142、143、144、145、146、147、148、149)を有する。 As shown in FIG. 14, the microwave processing apparatus 100 of this embodiment has nine resonant parts (resonant parts 141, 142, 143) arranged in a 3×3 matrix on the ceiling surface of the processing chamber 101. , 144, 145, 146, 147, 148, 149).

共振部141~149の各々は、方形の誘電体上に3×3のマトリクス状に配置された9個の円形導体を有する。この構成により、共振部141~149の各々には、9個のパッチ共振器が構成される。 Each of the resonant parts 141 to 149 has nine circular conductors arranged in a 3×3 matrix on a rectangular dielectric. With this configuration, nine patch resonators are configured in each of the resonating sections 141 to 149.

共振部141~149は同じ大きさの誘電体を有する。しかし、各共振部の円形パッチ共振器に含まれた円形導体の直径は、共振部141から共振部149の順に少しずつ大きくなる。この構成により、各共振部の共振周波数は、共振部141から共振部149の順に10MHzずつ低下する。 Resonant parts 141 to 149 have dielectrics of the same size. However, the diameter of the circular conductor included in the circular patch resonator of each resonant section increases little by little in the order from the resonant section 141 to the resonant section 149. With this configuration, the resonant frequency of each resonant section decreases by 10 MHz in the order from the resonant section 141 to the resonant section 149.

具体的には、図15に示すように、共振部141~149の共振周波数は、それぞれ2.49GHz、2.48GHz、2.47GHz、2.46GHz、2.45GHz、2.44GHz、2.43GHz、2.42GHz、2.41GHzである。反射位相の絶対値は、これらの共振周波数において0度となる。 Specifically, as shown in FIG. 15, the resonance frequencies of the resonance sections 141 to 149 are 2.49GHz, 2.48GHz, 2.47GHz, 2.46GHz, 2.45GHz, 2.44GHz, and 2.43GHz, respectively. , 2.42GHz, and 2.41GHz. The absolute value of the reflection phase is 0 degrees at these resonance frequencies.

本実施の形態によれば、供給されるマイクロ波の周波数を制御することで、共振が発生する共振部を切り替えることができる。例えば、2.49GHzの周波数のマイクロ波を供給すると、共振部141のみが共振する。これにより、共振部141が配置された左奥の領域の近傍で、定在波の腹を節に変化させることができる。その結果、左奥の領域の近傍の電界を弱めることができる。 According to this embodiment, by controlling the frequency of the supplied microwave, it is possible to switch the resonant section where resonance occurs. For example, when microwaves with a frequency of 2.49 GHz are supplied, only the resonant section 141 resonates. Thereby, the antinode of the standing wave can be changed into a node in the vicinity of the far left region where the resonator 141 is arranged. As a result, the electric field near the back left region can be weakened.

2.45GHzの周波数のマイクロ波を供給すると、共振部145が配置された中央の領域の近傍で、定在波の腹を節に変化させることができる。その結果、中央の領域の電界を弱めることができる。 When microwaves with a frequency of 2.45 GHz are supplied, the antinode of the standing wave can be changed into a node near the central region where the resonator 145 is arranged. As a result, the electric field in the central region can be weakened.

2.49GHz、2.46GHz、2.43GHzのマイクロ波を順番に時分割で供給すると、共振部141、144、147が配置された左側の領域の近傍で、定在波の腹を節に変化させることができる。これにより、左側の領域の電界を弱めることができる。この場合、右側の領域の電界は強くなり、その結果、右側に配置された被加熱物109を強く加熱することができる。 When microwaves of 2.49 GHz, 2.46 GHz, and 2.43 GHz are supplied sequentially in a time-division manner, the antinodes of the standing waves change to nodes near the left region where the resonators 141, 144, and 147 are arranged. can be done. This allows the electric field in the left region to be weakened. In this case, the electric field in the right region becomes stronger, and as a result, the object to be heated 109 placed on the right side can be strongly heated.

本実施の形態では、共振部141~149は円形パッチ共振器を有する。しかし、共振部141~149は方形パッチ共振器を有してもよい。共振部141~149が、実施の形態3における共振部130であってもよい。 In this embodiment, the resonators 141 to 149 have circular patch resonators. However, the resonators 141-149 may also include square patch resonators. The resonating sections 141 to 149 may be the resonating section 130 in the third embodiment.

本実施の形態によれば、供給されるマイクロ波の周波数を制御することで、共振が発生する共振部を切り替えることができる。これにより、共振が発生する共振部の近傍で、定在波の腹を節に変化させることができる。その結果、共振が発生する共振部の近傍の電界を弱めることができる。 According to this embodiment, by controlling the frequency of the supplied microwave, it is possible to switch the resonant section where resonance occurs. Thereby, the antinode of the standing wave can be changed into a node near the resonance part where resonance occurs. As a result, it is possible to weaken the electric field near the resonant portion where resonance occurs.

(実施の形態5)
図16を参照して、本開示の実施の形態5を説明する。図16は、本実施の形態に係るマイクロ波処理装置100の構成を示す断面図である。
(Embodiment 5)
Embodiment 5 of the present disclosure will be described with reference to FIG. 16. FIG. 16 is a cross-sectional view showing the configuration of microwave processing apparatus 100 according to this embodiment.

図16に示すように、本実施の形態のマイクロ波処理装置100は、処理室101の天井面に配置された共振部150を有する。共振部150は、処理室101の天井に配置された誘電体上に、ピッチPで配置された5個の導体を有する。この構成により、共振部150には、5個のパッチ共振器(パッチ共振器151、152、153、154、155)が構成される。 As shown in FIG. 16, the microwave processing apparatus 100 of this embodiment includes a resonator 150 arranged on the ceiling surface of the processing chamber 101. The resonator 150 has five conductors arranged at a pitch P on a dielectric arranged on the ceiling of the processing chamber 101. With this configuration, the resonator 150 includes five patch resonators (patch resonators 151, 152, 153, 154, and 155).

5個のパッチ共振器の導体は、互いに異なる長さを有する。パッチ共振器151の導体は長さa1、パッチ共振器152の導体は長さa2、パッチ共振器153の導体は長さa3、パッチ共振器154の導体は長さa4、パッチ共振器155の導体は長さa5である。長さa1~a5にはa1>a2>a3>a4>a5という関係がある。 The conductors of the five patch resonators have different lengths. The conductor of patch resonator 151 has length a1, the conductor of patch resonator 152 has length a2, the conductor of patch resonator 153 has length a3, the conductor of patch resonator 154 has length a4, and the conductor of patch resonator 155 has length a4. has length a5. The lengths a1 to a5 have the relationship a1>a2>a3>a4>a5.

すなわち、パッチ共振器151~155のそれぞれは、パッチ共振器151~155の配置の順序に応じた長さの導体を有する。その結果、パッチ共振器151~155のそれぞれは、パッチ共振器151~155の配置の順序に応じた共振周波数を有する。 That is, each of the patch resonators 151 to 155 has a conductor with a length corresponding to the order in which the patch resonators 151 to 155 are arranged. As a result, each of the patch resonators 151-155 has a resonant frequency depending on the order in which the patch resonators 151-155 are arranged.

これら5個のパッチ共振器のうちの隣接する3個のパッチ共振器の組合せには、左端の組合せ161と、中央の組合せ162と、右端の組合せ163とが含まれる。組合せ161は、パッチ共振器151、152、153からなる。組合せ162は、パッチ共振器152、153、154からなる。組合せ163は、パッチ共振器153、154、155からなる。 The combinations of three adjacent patch resonators among these five patch resonators include a combination 161 at the left end, a combination 162 at the center, and a combination 163 at the right end. Combination 161 consists of patch resonators 151, 152, 153. Combination 162 consists of patch resonators 152, 153, 154. Combination 163 consists of patch resonators 153, 154, 155.

これらの組合せに含まれたパッチ共振器の導体の長さの平均は、組合せ161から組合せ163の順に短くなる。従って、組合せ161に含まれた3個のパッチ共振器が周波数f1で共振し、組合せ162に含まれた3個のパッチ共振器が周波数f2で共振し、組合せ163に含まれた3個のパッチ共振器が周波数f3で共振する場合、周波数f1~f3は、この順に高くなる。 The average length of the conductors of the patch resonators included in these combinations becomes shorter from combination 161 to combination 163. Therefore, the three patch resonators included in combination 161 resonate at frequency f1, the three patch resonators included in combination 162 resonate at frequency f2, and the three patch resonators included in combination 163 resonate at frequency f2. When the resonator resonates at frequency f3, the frequencies f1 to f3 increase in this order.

具体的には、パッチ共振器153の導体の長さは、一般的な電子レンジで使用されるマイクロ波の波長(実効長)の略1/2に設定される。これにより、周波数f2を、このマイクロ波の周波数である2.45GHzに設定することができる。 Specifically, the length of the conductor of the patch resonator 153 is set to approximately 1/2 the wavelength (effective length) of a microwave used in a general microwave oven. Thereby, the frequency f2 can be set to 2.45 GHz, which is the frequency of this microwave.

パッチ共振器152の導体の長さは、パッチ共振器153のそれより少し長く、パッチ共振器151の導体の長さは、パッチ共振器152のそれより少し長い。パッチ共振器154の導体の長さは、パッチ共振器153のそれより少し短く、パッチ共振器155の導体の長さは、パッチ共振器154のそれより少し短い。 The length of the conductor of patch resonator 152 is slightly longer than that of patch resonator 153, and the length of the conductor of patch resonator 151 is slightly longer than that of patch resonator 152. The length of the conductor of patch resonator 154 is slightly shorter than that of patch resonator 153, and the length of the conductor of patch resonator 155 is slightly shorter than that of patch resonator 154.

すなわち、本実施の形態では、すべてのパッチ共振器の導体は、マイクロ波の波長(実効長)の略1/2を有する。しかし、配置の位置によって、各パッチ共振器の導体の長さはわずかに異なる。 That is, in this embodiment, the conductors of all patch resonators have approximately 1/2 the wavelength (effective length) of the microwave. However, depending on the location of the arrangement, the length of the conductor in each patch resonator varies slightly.

本実施の形態では、中央の組合せ162における端部に位置するパッチ共振器を、組合せ162に隣接する組合せ161、163と共有する。この構成により、9個のパッチ共振器を用いることなく5個のパッチ共振器を用いて、3個のパッチ共振器からなる3個の組合せを構成することができる。 In this embodiment, the patch resonators located at the ends of the central combination 162 are shared with the combinations 161 and 163 adjacent to the combination 162. With this configuration, three combinations of three patch resonators can be configured using five patch resonators instead of using nine patch resonators.

本実施の形態によれば、供給されるマイクロ波の周波数を周波数f1~f3のいずれかに設定することで、共振が発生するパッチ共振器の組合せを切り替えることができる。これにより、共振が発生するパッチ共振器の組合せの近傍で、定在波の腹を節に変化させることができる。その結果、共振が発生するパッチ共振器の組合せの近傍の電界を弱めることができる。 According to this embodiment, by setting the frequency of the supplied microwave to one of the frequencies f1 to f3, it is possible to switch the combination of patch resonators in which resonance occurs. Thereby, the antinode of the standing wave can be changed into a node near the combination of patch resonators where resonance occurs. As a result, it is possible to weaken the electric field near the patch resonator combination where resonance occurs.

本実施の形態では、3個のパッチ共振器からなる3個の組合せのそれぞれが1個の共振部に対応すると考えてもよい。すなわち、本実施の形態の共振部150は、3個の共振部を含むと考えてもよい。 In this embodiment, each of three combinations of three patch resonators may be considered to correspond to one resonator. That is, the resonance section 150 of this embodiment may be considered to include three resonance sections.

図16に示すように、5個のパッチ共振器のパッチ面は、一つの基板材料の片面に施された銅箔で構成される。パッチ面と反対側の基板材料の面は、処理室101の天井面に接触する。このようにして、パッチ共振器151、152、153、154、155を、同一の片面基板上に配置させることができる。 As shown in FIG. 16, the patch surfaces of the five patch resonators are comprised of copper foil applied to one side of one substrate material. The surface of the substrate material opposite the patch surface contacts the ceiling surface of the processing chamber 101. In this way, patch resonators 151, 152, 153, 154, and 155 can be arranged on the same single-sided substrate.

パッチ共振器151、152、153、154、155を両面基板で構成することも可能である。両面基板の一方の面にパッチ面を配置し、基板材料のパッチ面の反対側の面を処理室101の天井面に接触させると、反対側の面を処理室101の金属面と同電位とすることができる。 It is also possible to configure the patch resonators 151, 152, 153, 154, and 155 with double-sided substrates. When a patch surface is arranged on one surface of a double-sided substrate and the surface of the substrate material opposite to the patch surface is brought into contact with the ceiling surface of the processing chamber 101, the opposite surface is brought to the same potential as the metal surface of the processing chamber 101. can do.

本実施の形態によれば、供給されるマイクロ波の周波数を制御することで、共振が発生するパッチ共振器の組合せを切り替えることができる。これにより、共振が発生するパッチ共振器の組合せの近傍で、定在波の腹を節に変化させることができる。その結果、共振が発生するパッチ共振器の組合せの近傍の電界を弱めることができる。 According to this embodiment, by controlling the frequency of the supplied microwave, it is possible to switch the combination of patch resonators in which resonance occurs. Thereby, the antinode of the standing wave can be changed into a node near the combination of patch resonators where resonance occurs. As a result, it is possible to weaken the electric field near the patch resonator combination where resonance occurs.

本実施の形態では、共振部150が、処理室101の天井面だけに配置される。しかし、共振部150が、処理室101の側面に配置されてもよい。例えば、処理室101の右側面に共振部150が配置されると、処理室101の左側に強い電界が生じる偏在した定在波分布が生じる。その結果、処理室101の左側に載置された被加熱物がより強く加熱される。 In this embodiment, the resonator 150 is arranged only on the ceiling surface of the processing chamber 101. However, the resonator 150 may be arranged on the side surface of the processing chamber 101. For example, when the resonator 150 is placed on the right side of the processing chamber 101, a uneven standing wave distribution is generated in which a strong electric field is generated on the left side of the processing chamber 101. As a result, the object to be heated placed on the left side of the processing chamber 101 is heated more strongly.

天井面および右側面に2個の共振部150が一つずつ配置されると、2個の共振部150の相乗効果で図8Bの場合以上の効果が得られる可能性もある。 If two resonant parts 150 are arranged one each on the ceiling surface and the right side surface, there is a possibility that a synergistic effect of the two resonant parts 150 will provide a greater effect than in the case of FIG. 8B.

共振部の誘電体として基板を採用すると、共振部を小型化することができる。しかし、出力されるマイクロ波のエネルギーが大きくなると、損失が発生して発熱したり、隣り合うパッチ間でスパークが発生したりする。従って、化学的反応処理などのための、小さなエネルギーのマイクロ波で十分な装置の場合は誘電体基板を用いてもよく、食品の加熱などのための、大きなエネルギーのマイクロ波が必要な装置の場合は別の方法でもよい。 If a substrate is used as the dielectric of the resonant part, the resonant part can be made smaller. However, when the energy of the output microwave increases, loss occurs and heat is generated, and sparks occur between adjacent patches. Therefore, a dielectric substrate may be used for devices that require small energy microwaves, such as for chemical reaction processing, and for devices that require large energy microwaves, such as for heating food. If so, you can use another method.

図6A~図6Cを用いて説明した第二の効果は、3個のパッチ共振器のうちの中央のパッチ共振器がグラウンドから浮いており、その電位が不確定なために生じた強い電界を、3個のパッチ共振器により生成された逆向きの電界により弱めることである。 The second effect explained using FIGS. 6A to 6C is that the center patch resonator out of the three patch resonators is floating from the ground, and the strong electric field generated because its potential is uncertain. , by the opposite electric fields generated by the three patch resonators.

図6A~図6Cに示す構成のほか、中央のパッチ共振器とグラウンド面との間に、スイッチを配置し、切り替え制御を行う構成も考えられる。この場合、スイッチがオフされた場合、パッチ共振器はグラウンドから浮いているので第二の効果が生じる。しかし、スイッチがオンされた場合は、中央のパッチ共振器が接地されて第二の効果が生じない。 In addition to the configurations shown in FIGS. 6A to 6C, a configuration in which a switch is disposed between the central patch resonator and the ground plane to perform switching control is also conceivable. In this case, when the switch is turned off, the second effect occurs because the patch resonator is floating above ground. However, when the switch is turned on, the central patch resonator is grounded and the second effect does not occur.

さらに、スイッチを有効活用するために、すべてのパッチ共振器にスイッチを設ける構成も考えられる。この場合、通常はすべてのスイッチをオンさせることで、パッチ共振器を接地させて第二の効果を生じさせない。 Furthermore, in order to make effective use of the switches, a configuration in which all patch resonators are provided with switches is also conceivable. In this case, all switches are normally turned on to ground the patch resonator and prevent the second effect from occurring.

少なくとも3個のパッチ共振器のためのスイッチをオフさせて、パッチ共振器をグラウンドから浮かせると、第二の効果が生じ、その近傍の定在波の腹を節に変化させることができる。 When the switches for at least three patch resonators are turned off and the patch resonators are lifted above ground, a second effect occurs, which can transform the antinode of the standing wave in its vicinity into a node.

この方法によれば、周波数を制御しなくても、または、すべての同じサイズの共振部を用いても、スイッチのオンオフ制御だけにより、定在波分布を任意に制御することができる。 According to this method, the standing wave distribution can be arbitrarily controlled only by on/off control of a switch, even without controlling the frequency or using all resonant parts of the same size.

本開示は、食品などの加熱処理や化学的反応処理などを行うマイクロ波処理装置に適用可能である。 The present disclosure can be applied to a microwave processing apparatus that performs heat treatment, chemical reaction treatment, etc. of foods and the like.

100 マイクロ波処理装置
101 処理室
102 導波管
103 給電部
104 マイクロ波発生部
105 制御部
106、130、141、142、143、144、145、146、147、148、149、150 共振部
106a 方形パッチ共振器
106b、130b 誘電体
106c 方形導体
107 載置板
108、109 被加熱物
110 マイクロ波
130a 円形パッチ共振器
130c 円形導体
151、152、153、154、155 パッチ共振器
160 マイクロ波供給部
100 Microwave processing device 101 Processing chamber 102 Waveguide 103 Power supply section 104 Microwave generation section 105 Control section 106, 130, 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149, 150 Resonance section 106a Square Patch resonator 106b, 130b dielectric 106c rectangular conductor 107 mounting plate 108, 109 object to be heated 110 microwave 130a circular patch resonator 130c circular conductor 151, 152, 153, 154, 155 patch resonator 160 microwave supply section

Claims (9)

被加熱物を収容する処理室と、
前記処理室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記マイクロ波の周波数帯域において共振周波数を有し、前記処理室を構成する金属壁面に生じる偏波面の向きに沿って少なくとも3個のパッチ共振器が並ぶように配置された複数のパッチ共振器を有する共振部と、を備え、
前記少なくとも3個のパッチ共振器は、両端のパッチ共振器と、中央のパッチ共振器とを含み、前記両端のパッチ共振器に生じる電流ベクトルとは逆向きの前記電流ベクトルが前記中央のパッチ共振器に生じるように、前記中央のパッチ共振器が前記両端のパッチ共振器の間に配置される、マイクロ波処理装置。
a processing chamber that accommodates an object to be heated;
a microwave supply unit that supplies microwaves to the processing chamber;
A plurality of patch resonators having a resonant frequency in the microwave frequency band and arranged so that at least three patch resonators are lined up along the direction of a polarization plane generated on a metal wall surface constituting the processing chamber. a resonant section having;
The at least three patch resonators include patch resonators at both ends and a central patch resonator, and the current vector that is opposite to the current vector generated in the patch resonators at both ends resonates with the central patch resonator. The microwave processing device , wherein the central patch resonator is disposed between the end patch resonators so as to occur in a microwave oven .
前記複数のパッチ共振器が、縦方向および横方向の各方向に前記少なくとも3個のパッチ共振器が並ぶように配置された、請求項1に記載のマイクロ波処理装置。 The microwave processing device according to claim 1, wherein the plurality of patch resonators are arranged such that the at least three patch resonators are lined up in each of a vertical direction and a horizontal direction. 前記複数のパッチ共振器が、十字状に配置された少なくとも5個の方形パッチ共振器を含む、請求項2に記載のマイクロ波処理装置。 The microwave processing apparatus according to claim 2, wherein the plurality of patch resonators includes at least five square patch resonators arranged in a cross shape. 前記複数のパッチ共振器が、縦方向、横方向、および、斜め方向の各方向に前記少なくとも3個のパッチ共振器が放射状に並ぶように配置された、請求項1に記載のマイクロ波処理装置。 The microwave processing device according to claim 1, wherein the plurality of patch resonators are arranged such that the at least three patch resonators are arranged radially in each of a vertical direction, a horizontal direction, and an oblique direction. . 前記パッチ共振器が円形パッチ共振器である、請求項4に記載のマイクロ波処理装置。 The microwave processing device according to claim 4, wherein the patch resonator is a circular patch resonator. 被加熱物を収容する処理室と、a processing chamber that accommodates an object to be heated;
前記処理室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、a microwave supply unit that supplies microwaves to the processing chamber;
前記マイクロ波の周波数帯域において共振周波数を有し、前記処理室を構成する金属壁面に生じる偏波面の向きに沿って少なくとも3個のパッチ共振器が並ぶように配置された複数のパッチ共振器を有する共振部と、を備える、マイクロ波処理装置であって、A plurality of patch resonators having a resonant frequency in the frequency band of the microwave and arranged so that at least three patch resonators are lined up along the direction of a plane of polarization generated on a metal wall surface constituting the processing chamber. A microwave processing device comprising: a resonating section having
前記マイクロ波供給部が、マイクロ波発生部と、前記マイクロ波発生部の発振周波数を制御する制御部と、を備え、The microwave supply unit includes a microwave generation unit and a control unit that controls an oscillation frequency of the microwave generation unit,
前記共振部が、共振周波数の異なる複数の共振部を有し、The resonant part has a plurality of resonant parts having different resonant frequencies,
前記制御部が、前記発振周波数を制御することで、前記複数の共振部のうちの共振する前記共振部を切り替える、マイクロ波処理装置。The microwave processing device, wherein the control section switches the resonant section that resonates among the plurality of resonant sections by controlling the oscillation frequency.
前記共振部が複数の共振部を有し、前記複数の共振部のそれぞれが、前記処理室を構成する一つの前記金属壁面における分割された複数の領域のそれぞれに設けられ、前記複数の共振部が、互いに異なる共振周波数を有する、請求項6に記載のマイクロ波処理装置。 The resonant section has a plurality of resonant sections, each of the plurality of resonant sections is provided in each of a plurality of divided regions on one of the metal wall surfaces constituting the processing chamber, and the plurality of resonant sections 7. The microwave processing apparatus according to claim 6, wherein the microwave processing apparatus has mutually different resonance frequencies. 前記複数の共振部のそれぞれが、前記複数の共振部の配置の順序に応じた共振周波数を有する、請求項6に記載のマイクロ波処理装置。 The microwave processing device according to claim 6, wherein each of the plurality of resonance parts has a resonance frequency according to the order in which the plurality of resonance parts are arranged. 前記複数の共振部のそれぞれが、前記複数の共振部の配置の順序に応じた長さの導体を有する、請求項8に記載のマイクロ波処理装置。 9. The microwave processing device according to claim 8, wherein each of the plurality of resonance parts has a conductor having a length corresponding to the order in which the plurality of resonance parts are arranged.
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