JPS6157679B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の利用分野 本発明はマイクロ波加熱装置に関し更に詳しく
は、マイクロ波エネルギを被加熱物に均一に照射
して加熱むらをなくしたマイクロ波加熱装置に関
するものである。

(2) 従来技術 電子レンジは、多年にわたる技術的改良の結
果、すでに家電品としてめざましい普及率を示し
ているが、さらに改善すべき問題点も多い。

なかでも均一加熱は、電子レンジ誕生当初より
の重要課題であり、種々改良がおこなわれてきた
が、その要因はきわめて複雑で理論的設計基準は
ほとんど得られていない。

これまでの均一加熱法としては次のような方式
のものが知られている。

(i) 多電源方式 複数の高周波供給源を有し、各供給源は独立し
ており、各々の供給源からの高周波を加熱室に導
入するための複数の電波照射口を有する。これに
よつて、被加熱物が均一に照射される方式であ
る。

(ii) 多開口照射方式 単一の高周波供給源により高周波を供給し、複
数の電波照射口から加熱室へ高周波を照射して均
一加熱を得る方式である。

(iii) レゾネータ方式（二次アンテナ方式） 高周波供給源より照射された電磁波により、他
のアンテナを励磁し、そのアンテナから再放射さ
れた電磁波を被加熱物に照射する方式である。

(iv) スターラフアン方式 スターラ（電波撹拌羽根）を回転させることに
より加熱室内の電磁波を散乱させて均一加熱を得
る方式である。

(v) ターンテーブル方式 被加熱物をのせた台を回転させることにより、
電磁波を散乱させたと同じ効果を持たせて均一加
熱を得る方式である。

これらの方式のうち、特に(iv)(v)は構造が簡単で
均一加熱の効果も比較的大きいため、現在広く使
用されているが、たとえば被加熱物周辺部や牛乳
びんのキヤツプ部などが加熱されやすく、被加熱
物を均一に加熱する目的を十分に達成していると
はいえない。

加熱むらは加熱室用の電界分布の不均一によつ
て生じるがその成因は、 (a) 給電口からのマイクロ波エネルギ分布が不均
一であること。

(b) 加熱室壁面からの反射波により定在波が形成
されること。

(c) 食品からの反射波により定在波が形成される
こと。

などが考えられ、このうち主要なものは(a)および
(b)であり、これを防止することが当面に課題にな
つている。

上記(a)による不均一加熱を解決する方法として
前述(iv)のスターラフアン方式が有効であるが、そ
の作用を効果的にするためには加熱室の大きさに
対してスターラフアンを十分な空間を占める程度
に大きくする必要がある。結果として駆動モータ
が大型化し、加熱装置の調理用空間が小さくなる
という欠点がある。また(b)を解決する方法とし
て、前述(v)のターンテーブル方式が制御の容易
性、均一加熱の点ですぐれているが、それでもな
お被加熱物周辺部が中心物より加熱されやすいな
ど半径方向の加熱むらが生じやすい。また、この
方式と前述の多電源方式、多開口照射方式などと
組み合わせることにより半径方向の加熱むらを少
なくできる。しかし、反面電源数の増加、構造の
複雑化によりコスト高になるなど種々の欠点があ
つて実用的な加熱装置はまだ開発されていないの
が実状である。

(3) 発明の目的 本発明の目的は加熱室内に放射されるマイクロ
波をフアンビーム状に集束し、これを回転するこ
とにより被加熱物に直接放射されるマイクロ波分
布を一様にし、被加熱物の特定部分へのエネルギ
集中を防ぐ均一加熱を実現するマイクロ波加熱装
置を提供することである。

(4) 発明の総括説明 本発明によるマイクロ波加熱装置はマイクロ波
を扁平形状に集束したマイクロ波放射パターンを
利用し、かつこのマイクロ波放射パターンを回転
しながら被加熱物に直接放射せしめる。被加熱物
に放射されるビームのエネルギ分布が中心部に対
して半減する点を結んだ線と中心部を結んだ線と
の距離の２倍をビーム幅と定義し、マイクロ波放
射パターンとしてマイクロ波放射パターンの回転
面の半径方向のビーム幅が広く、円周方向のビー
ム幅が狭くなるように集束されたマイクロ波エネ
ルギ分布を持つたパターン（このようなエネルギ
パターンをフアンビームと称することにする）を
利用する。

フアンビームは、被加熱物の均一加熱に有効で
あるが、特にフアンビームの回転半径方向の広が
りを回転中心部からオーブン側壁にまで達するよ
うに大きくしておけば、円周方向では線状になる
程度に強く集束させたとしても、フアンビーム
は、回転しているので、被加熱物全体が直接波で
加熱され、均一加熱が達成できる。更に被加熱物
のない部分あるいはオーブン側壁面でマイクロ波
が乱反射され、また、フアンビームが回転してい
ることから固定された定在波ができず、均一加熱
の効果は一層大きくなる。

(5) 実施例 以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明す
る。

第１図は本発明を適用したマイクロ波加熱装置
の一実施例の断面概略図を示す。オーブン１は、
側壁２、上板３および下板４で構成され、マグネ
トロンなどを用いたマイクロ波発振源５からのマ
イクロ波エネルギーが導波管６を介してオーブン
１内に導かれる。更に詳しくは、マイクロ波は、
ポスト７と開口８を通り、更に、中心導体１０と
開口１１の結合部を介して導波管６のマイクロ波
がフアンビーム放射器９に供給される。フアンビ
ーム放射器９はその平面図が第２図に示されてい
るように中心導体１０から電波を導き、一端を短
絡した導波管のような一次放射器１２と中心導体
１０を焦点とした楕円に近似した断面を持つ所定
間隔をおいて配置された上下２枚の並行平板導体
と、これら導体中央部に配置された一次放射器１
２と、これら導体にはさまれて導体の一方の端に
配置された反射器１３と、上側導体の他方の端に
おける開口部１５に配置された反射板１４とから
なる。上記結合部より供給されるマイクロ波は、
一次放射器１２から図の左方に放射され、反射器
１３で右方に反射され、更に、反射板１４で反射
されて開口１５からオーブン１内に導かれる。

而して、フアンビーム放射器は細長い開口１５
を持つのでこれより放射されるビームは、回転面
の半径方向には広く、円周方向には狭く集束され
たフアンビームとなる。

フアンビーム放射器９は、それを支える中心導
体１０がモータ１７により駆動されることにより
回転し、これによつて、フアンビーム１６が誘電
体でできたプレート１８上の容器に容れられた食
品２０に対して回転走査することになり、食品２
０に均一なマイクロ波の加熱エネルギが与えられ
る。

なお反射器１３の形状をたとえば楕円面の一部
としたとき、楕円面の曲率及び焦点の間隔を所望
の値に選ぶことにより、反射板１４の長手方向の
各点で反射された波ａ，ｂ，ｃは被加熱物上に同
位相すなわち互に強めあう位相で集束するように
できる。

また、マイクロ波は結合部からフアンビーム放
射器９に導入されるが、直接反射板１４で反射さ
れ、食品２０に到達するマイクロ波と、反射器１
３と反射板１４とで反射されて食品２０に到達す
るマイクロ波との位相が一致するように反射器１
３と中心導体１０からの距離をえらべば１次放射
器１２は省略することができる。

上記実施例においては、反射器１３の反射面を
楕円面として説明したが、これに限定されるもの
ではなく、例えば放物面、円面、折線状の反射面
の組み合せなどにより形成することも可能であ
り、フアンビームの円周方向と半径方向のひろが
りを任意に変化させて、被加熱物に直接放射され
るマイクロ波のビーム幅が上記円周方向に狭く半
径方向に広い扁平形状にする。

上記のように構成した本実施例の特徴は、フア
ンビーム放射器９から直接到達するマイクロ波エ
ネルギが、円周方向に均一に与えられることであ
り、さらに、下板４の食品のない部分や側壁２で
反射されたマイクロ波エネルギは、回転によつて
その偏波面が刻々変化することから効果的に乱反
射され、固定された定在波ができず、加熱むらを
低減できることである。

本実施例の他の特徴は、従来のマイクロ波加熱
装置ではオーブン内で乱反射されたマイクロ波が
食品に吸収される場合、食品の中央部よりも周辺
部の方が早く加熱される傾向を持つが、本実施例
の装置では、開口１５を回転軸より離れた位置に
設定し、反射板１４の反射面の垂直方向とのなす
角度を45゜前後に調節することにより、開口部１
５からのマイクロ波エネルギを直接、食品中央部
に集中させ、これによつて、直接波の加熱を増強
させ、全体として均一加熱を達成できることであ
る。

本実施例の更に他の特徴は、放射エネルギーが
オーブン上部では細長い開口１５に分散してお
り、これが回転してエネルギーを特定位置に集中
させないために、牛乳ビンの首の部分のように電
界の集中しやすい部分の過熱が緩和できることで
ある。

本実施例の更に他の特徴は下面４とプレート１
８の上面との距離を1/4波長弱に取り、散乱され
た波のうちの水平面に平行な電界が食品２０の下
部で強くなるようにして、上下方向の加熱むらを
改善していることである。

本実施例の更に他の特徴は、マグネトロンから
オーブンに至るまでの等価的線路長を長くとるこ
とができ、いわゆるロングライン効果によつて過
負荷の場合のモーデイングを防止できるようにし
たことである。すなわち、マグネトロンをオーブ
ンに直結した従来の方式では、過負荷の場合に発
振が停止または不安定となつてマグネトロンを破
損させる危険があつた。本実施例では、マイクロ
波をフアンビーム放射器の中心導体１０に電磁誘
導により結合させ、中心導体から導かれたマイク
ロ波をフアンビーム放射器によりオーブン放射す
ることにより実効的線路長をモーデイングを防止
するために十分な長さにしたことである。

つぎにフアンビーム放射器の他の実施例を第４
図及び第５図をもとに説明する。なお第４図はそ
の平面図、第５図はその断面図を示す。フアンビ
ーム放射器９はアンテナを形成する６組のダイポ
ールアレイ２１，２２，……，３２および給電線
３３，３４が誘電体基板３５の表面と裏面に、そ
の長手方向に一列に配列された構造になつてい
る。

第５図はマイクロ波の伝播モードを不平衡形か
ら平衡形同軸モードに変換する部分を示し、導波
管６内を伝播してきたマイクロ波はポスト７、開
口８を通して中心導体１０に結合する。中心導体
１０はその１部をバラン３６に接し、ストラツプ
導体３７を通して非接触でオーブン上面３に等価
的に短絡される。バラン３６は同軸線路の外部導
体に相当し、その一端は給電線３４に接続してい
る。また給電線３３は中心導体１０に接続し、３
４とともに平衡形同軸モードの給電線を形成す
る。

給電線３３，３４は、互に180゜の位相差を有
するマイクロ波電力を各ダイボールに均等に分
割、供給し、インピーダンスを整合させるための
1/4波長トランス部３３３（たとえば第４図の２
７と３３の両部を結ぶバスのうち細くなつた部
分）を有している。該トランス部により各ダイポ
ールについてその給電側と負荷側をみたインピー
ダンスを等しくすることができる。

ダイポールの配列間隔l₁，l₂，l₃は給電線３
３，３４から供給されるマイクロ波の実効波長の
ほぼ1/2に等しくした場合、各ダイポールの配列
面（すなわち誘電体基板３５の表裏両面）と直角
の方向に同相の波が励振される。

従つて、このようなダイポールアンテナを第５
図の如くに設けたマイクロ波加熱装置では、各ダ
イポールから励振されるマイクロ波が食品２０上
で同相になるようにすることができ、第４図に示
すように左右方向にたいして狭く、上下方向にた
いして幅の広い点線３３４のようなフアンビーム
が形成される。

ダイポールの間隔をl₁＞l₂＞l₃とすると、左右
方向のビームの広がりをおさえ、オーブンの下面
に集束させ、均一加熱の効果を高めることができ
る。

また第４図の実施例では、給電点にもつとも近
い位置の一対のダイポールを省略しているが、こ
れによりオーブン中央上部におけるエネルギ密度
を相対的に小さくし、牛乳びん上部などの過熱を
防止する効果を持たせている。

本実施例に示した軽量かつ偏平なフアンビーム
放射器によれば駆動用モータが小型にでき、また
オーブン内における占有空間も小さく、したがつ
てオーブンの高さを低くできコンパクトにするこ
とができる。

第４図の実施例では給電線およびダイポールア
レイを誘電体基板の両面に配列した構造になつて
いるが、周知のようにこれらを誘電体基板の片面
のみに配置した構造、さらに誘電体基板を省略し
た構造も可能であることはいうまでもない。

これまでの実施例においては、フアンビーム放
射器をオーブン内の上方に配置したが、オーブン
の下板と食品の間に配置し、食品下部よりマイク
ロ波エネルギを回転照射することも可能である。

また通常のほぼ６面体の箱状のオーブンの代わ
りに、円筒形または円筒形に近い多角形の側壁か
らなるオーブンに本発明のフアンビーム放射器を
配置する構成にしてもよい。このような形状のオ
ーブンに本発明を適用すれば、従来の正方形のオ
ーブンで食品をのせた台を回転させ、円周方向の
加熱むらを著しく小さくしたいわゆるターンテー
ブル方式に比較しても回転対称性がよいことから
円周方向の加熱むらが少なくできしかも本発明で
は食品を固定した簡単な構造でかつ上下方向の加
熱むらも改善できることから、これと同等以上の
効果をあげることができる。勿論ターンテーブル
方式を採用しフアンビーム放射器の回転速度と異
なる速度でターンテーブルを回転することもでき
ることはいうまでもない。

第６図は本発明の装置に適用するフアンビーム
放射器の他の実施例における断面図を示す。

フアンビーム放射器９は、複数個の羽根４３，
４４を持ち、ダクト４６よりオーブン１内に導入
された風力をこれにより受けてオーブン１内で回
転する。

したがつて第１図の実施例のごとくフアンビー
ム放射器の回転軸にとりつけるモータが不要にな
り、さらに構造を簡単にできる。

第６図で短絡スタブ４５はオーブン側負荷との
整合をとり、かつ中心軸１０から、図の右方への
マイクロ波エネルギの直接放射を抑制し、所望の
フアンビームを形成するための簡易な一次反射器
の構成要素となるものである。

以上説明したごとく本発明によれば、従来より
も簡単な構成により均一加熱をおこなうことがで
きその経済的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の断面概略図、第２
図、第３図はそれぞれ第１図におけるフアンビー
ム放射器の平面図と側面図、第４図、第５図はフ
アンビーム放射器の他の実施例を示す図であつて
第４図は平面図、第５図は一部断面図を示す。第
６図は本発明の他の１実施例の断面概略図を示
す。 １：オーブン、５：マイクロ波源、７：ポス
ト、９：フアンビーム放射器、１０：中心導体、
１１：開口、１２：一次放射器、１３：反射器、
１４：反射板、１６：フアンビーム、１７：モー
タ、２０：食品。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マイクロ波源と、該マイクロ波源からのマイ
   クロ波エネルギが供給される加熱容器と、開口部
   を備え上記マイクロ波源からのマイクロ波を、エ
   ネルギ分布パターン形状が扁平なフアンビーム状
   に集束して上記開口部から上記加熱容器内の被加
   熱物に直接放射するマイクロ波放射手段と、中心
   導体を備え、上記マイクロ波源からのマイクロ波
   を上記中心導体を通して上記放射手段に供給する
   供給手段と、上記マイクロ波放射手段を上記加熱
   容器に対して回転させる回転手段とを備え、か
   つ、上記マイクロ波放射手段から放射されるマイ
   クロ波は、上記回転面の半径方向に広く、円周方
   向に狭い形状を有してなることを特徴とするマイ
   クロ波加熱装置。 ２ 特許請求の範囲第１区分記載のマイクロ波加
   熱装置において、上記マイクロ波放射手段は、所
   定の間隔をおいて配置された上下２枚の並行平板
   導体と、該平板導体の一端の配置され上記マイク
   ロ波源から導波管などの給電路と上記中心導体を
   通して導入されたマイクロ波をフアンビーム状に
   集束する凹面状反射手段と、該平板導体の他端に
   該反射手段に対向して配置され該反射手段からの
   マイクロ波を上記開口部から上記加熱容器内の被
   加熱物に照射せしめる手段とからなることを特徴
   とするマイクロ波加熱装置。 ３ 特許請求の範囲第２区分記載のマイクロ波加
   熱装置において、上記マイクロ波放射手段は、上
   記導波管などの給電線路と上記中心導体を通して
   導入されたマイクロ波を上記凹面状反射手段に放
   射する一次放射器を備えていることを特徴とする
   マイクロ波加熱装置。 ４ 特許請求の範囲第１区分及至第３区分のいず
   れかのマイクロ波加熱装置において、上記回転手
   段は上記マイクロ波放射手段の周辺部に設けられ
   た羽根と、該羽根に空気を吹きつける手段とから
   なることを特徴とするマイクロ波加熱装置。