JPS6340035B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はＩ・Ｓ・Ｍ（工業・科学・医事用）周
波数帯の１つである915MHz帯を高周波加熱源の
発振周波数とした高周波加熱装置のうち特に加熱
室が波長（約33cm）の数倍以内の民生用の機器の
加熱室の改善に関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来の高周加熱装置として広く民生用に用いら
れている電子レンジの場合、そのほとんどがＩ・
Ｓ・Ｍ周波数帯の１つである2450MHz帯を利用し
ているが、この周波数帯（2450MHz帯）を利用し
た高周波加熱装置と本発明にかかる915MHz帯の
高周波を利用した場合とでは次に述べるような相
違がある。

まず第１に、2450MHzを利用するのに比較し、
915MHzの場合は、食品の主成分である水や脂肪
に対する半減度が大きく、食品の局部や表面のみ
に高周波エネルギーが集中せず食品の均一加熱に
有利である。

第２に、半導体素子を高周波発振源として考え
た場合、近年増々高周波領域においても大電力、
高効率の半導体素子の開発が進んで来たといえど
も、半導体素子の出力限界は周波数の２乗²に
逆比例するという理論もあるように、少しでも周
波数の低い915MHzの方が有利である。

以上のような観点から、915MHz帯を使用した
高周波加熱装置2450MHzを利用したものに比較し
て勝つているといえるが、高周波発振源と共振器
である加熱室を主体とする高周波回路設計上で
2450MHzと異なつた問題点が存在する。

次にその問題点について説明する。第１図は高
周波加熱装置の基本構成を示す概念図である。高
周波加熱装置は、基本的には高周波を発生する高
周波発振源１と被加熱物４を収納し加熱するため
の加熱室２、高周波発振源１で発生した高周波エ
ネルギーを加熱室２へ導くための結合器３の３部
分から成り立つている。高周波発振源１で発生し
た高周波エネルギーにより効率よく被加熱物４を
加熱するためには、高周波発振源１で発生した高
周波を効率よく加熱室２内に導き入れる必要があ
るが、このためには、被加熱物４がある状態で高
周波発振源１から加熱室２側を見た高周波インピ
ーダンスが整合状態で反射のないようにするのが
一般的な手段である。

しかしこの整合状態を説明するためには、１つ
には共振特性を利用した加熱室２の最適設計と、
１つには放射特性の良い結合器３の最適設計の２
つが必要となるが、915MHz帯という2450MHzに
比して約2.7倍の長い波長の高周波を利用するた
めに上記両者に関連して問題が発生する。

まず前者の加熱室２に主に関連した問題として
は、周波数が低く、加熱室２を共振器として見た
場合に、共振可能なモード数が極端に少なくなり
被加熱物４すなわち負荷の変動に伴つて共振状態
すなわち入力インピーダンスが大幅に変動し、整
合を取りにくいことである。

後者の結合器３の最適設計に関連した問題は、
次の通りである。すなわち、高周波発振源１で発
生した高周波を加熱室２へ導く結合器３としては
第１図の概念図にも示すように、長さが1/4λ程
度の導体棒１０を加熱室２の壁に垂直に設けたユ
ニポールアンテナを利用するのが一般的な手段の
一つとして従来採用されている。第２図は、ユニ
ポールアンテナを使用した場合の結合部３の拡大
詳細図である。

しかし、915MHz帯の高周波を利用した高周波
加熱装置の場合、繰返し述べているように波長が
約2.7倍となるため、ユニポールアンテナの導体
棒１０の長さａは1/4λとして80mm近いものを、
加熱室２の中へ向けて突出させなければならな
い。

一般の民生用機器としての高周波加熱装置を考
えた場合、加熱室２自身の大きさが、せいぜい一
辺300〜400mm程度の直方体で特に高さ方向は250
mm前後であることから、80mm近い導体棒１０は、
加熱室２の有効体積を大巾に減少させるだけでな
く、被加熱物４を出し入れする際に接触して機械
的強度、信頼性にも問題を生じるものであつた。

発明の目的 本発明は、上記915MHz帯を利用する場合に生
ずる結合部の構造上の問題を除去し、加熱室の有
効利用体積を大きく取り、又結合部であるアンテ
ナの機械的強度，信頼性も向上させることを目的
としたものである。

発明の構成 上記目的を達するために、本発明の高周波加熱
装置は、加熱室を構成する壁面の一つに、一端を
前記壁面に、他端を前記壁面に貫通して設けた同
軸給電線の中心導体に連結するコ字状の導体を前
記壁面に垂直な面内に設けてアンテナを構成し、
このアンテナのアンテナを設けた壁面に対する高
さを自由空間波長の略1/8としたことを特徴とす
る。

実施例の説明 以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。第３図ａは、本発明よりなる高周波加熱装置
の要部横断面図であり、第３図ｂは同じく要部平
面断面図で、第３図ａ，ｂにより全体の構成を説
明する。各図共、第１図，第２図と共通する部分
については同一番号を付与してある。

加熱室２は主に金属板よりなる壁面６と開閉自
在に設けられたドア１３とで構成された直方形の
箱で、この底面には、被加熱物４を載置するター
ンテーブル１４とこのターンテーブル１４を回転
するターンテーブル駆動用モータ１５とが加熱室
２の壁面６の底部を貫通連結して設けられてい
る。

高周波発振源１で発生した高周波エネルギーは
同軸線路よりなる伝送線路５を通り、結合部３を
介して加熱室２内へ放射され、被加熱物４へ吸収
される。

加熱室２は、巾Ｗ＝375mm奥行Ｄ＝353mm、高さ
Ｈ＝240mmで、高さ方向に定在波を有しない
TE201及びTE102モードを発生可能とし、奥行Ｄ
と巾Ｗの寸法を異ならせ前記２つのモードTE201
とTE102の共振周波数が異なるように構成されて
いる。さらにアンテナ３は前記２つのモードの両
方を励振可能なように、又、被加熱物４の出し入
れの障害にならないように加熱室２の上壁面６の
奥角に設けられており、同軸線路５による壁面６
への給電点は側壁面６及び奥壁面６からの距離
ｐ，ｑが約80mm（＝λ／４）に位置し、かつ結合部 ３のアンテナ導体１１の長手方向は、加熱室２の
上壁面６の略対角線方向に一致している。特に結
合部３の位置については、給電点が従来のユニポ
ールアンテナの場合の給電点と基本的に同一位置
で、そこからさらに加熱室２の角に向かつて、対
角線上にアンテナ導体１１を設ける構成になつて
いる。これにより従来のユニポールアンテナと同
様にTE201とTE102が同時に励振可能となる理由
は、本発明の結合部３がコ字状のアンテナ導体１
１と壁面６で形成される長方形内を通る磁界を励
起すること、及びTE201，TE102の両モードの平
面に於ける磁力線の基本的な方向が第５図に示す
ようなものであることから、定性的には理解され
る。

第４図は本発明の高周波加熱装置の結合部３の
拡大詳細図で、本図により結合部の詳細を説明す
る。加熱室２を構成する壁面６の適当な位置で同
軸線路５と結合部３とが連結されている。

同軸線路５の外導体７は壁面６に直接固定さ
れ、中心導体８は、支持用の絶縁物９を介して外
導体７に固定されている。アンテナ３はコ字状の
導体１１よりなつており、その一端は同軸線路５
の中心導体８に、他端は壁面６に直接固定され、
かつその壁面に垂直な面内にアンテナ導体１１は
存在する。

このときアンテナ導体１１の取付壁面６に対す
る高さｂや長さｃは、加熱室２や、結合部３の取
付位置さらには高周波発振源１及び同軸線路５の
インピーダンス等の多くの諸条件とのかね合いで
最適値が決まることになる。先に述べた本実施例
の場合、ｂ40mm、ｃ90mm前後で最適な構成が
実験的に得られているが、基本的にはｂλ／８λ、 ｃλ／４を中心とする値になるものと考えられる。

以上の説明の通り、上述の構成によれば、
915MHz帯の周波数を使用した高周波加熱装置の
場合に1/4λ80mmに近いアンテナを加熱室２内
に突出させるため大巾に減少していた加熱室２の
有効利用体積を大きく増加できるだけでなく、ア
ンテナ導体１１の両端が固定される構造になるた
めに、機械的強度も向上するという効果もある。

しかも、広範囲の負荷に対するインピーダンス
の整合を可能とするため、加熱室２を近接した共
振周波数を有する２つのモードTE201，TE102が
励振されるような寸法に取つた場合、上記両モー
ドを同時に励振可能な結合部３を構成するアンテ
ナ導体１１は、従来のユニポールアンテナの場合
の給電点と基本的に同一位置から、さらに加熱室
２の角に向かつて略対角線上に設けられるため、
加熱室２の有効体積はより大きなものになる。

以上の説明では、アンテナ全体の形状がほぼコ
の字状のものに限定したが、このアンテナ形状
は、円弧状やもしくはコの字と円弧の中間的な形
状等によつても、ほぼ同様の構成，効果が実現可
能である。

発明の効果 以上のように本発明によれば高周波加熱装置に
おいて、周波数として今までより低い周波数であ
る915MHz使用する場合、波長が長くなり、アン
テナも長くなつて加熱庫内が狭くなるのを、アン
テナの形状に工夫を施すことにより、改善するこ
とができたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は高周波加熱装置の基本構成を示す断面
図、第２図は従来の高周波加熱装置の結合部の拡
大断面図、第３図ａは、本発明の一実施例の高周
波加熱装置の要部横断面図、第３図ｂは要部平面
断面図、第４図は同高周波加熱装置の結合部の拡
大断面図、第５図はTE102とTE201の両モードの
平面に於ける磁力線の基本的な方向を示す特性図
である。 １……高周波発振源、２……加熱室、３……結
合部、４……被加熱物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加熱室とこの加熱室の内部に配される棒状の
   アンテナとを備え、前記アンテナの一端は前記加
   熱室の壁面に固定され、他端は前記壁面を貫通し
   て設けた給電線に接続し、前記アンテナ全体の形
   状をほぼコ字状とし、アンテナは壁面からの高さ
   を自由空間波長のほぼ８分の１とした高周波加熱
   装置。 ２ 915MHz帯で高さ方向に定在波を有しない
   TE201及びTE102モードを発生可能とし、かつ前
   記２つのモードTE201と、TE102の共振周波数が
   異なるように奥行と幅の寸法を異ならせた加熱室
   を設けた特許請求の範囲第１項記載の高周波加熱
   装置。 ３ 結合部を加熱室上壁面の奥角に設け、かつア
   ンテナ導体の長手方向を加熱室上面の略対角線方
   向とした特許請求の範囲第１項記載の高周波加熱
   装置。