JPWO2013005438A1

JPWO2013005438A1 - マイクロ波加熱装置

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Publication number: JPWO2013005438A1
Application number: JP2013522474A
Authority: JP
Inventors: 貞平　匡史; 匡史貞平; 大介細川; 吉野　浩二; 浩二吉野; 大森　義治; 義治大森; 信江　等隆; 等隆信江
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2015-02-23
Also published as: CN103609197B; CN103609197A; WO2013005438A1

Abstract

本発明のマイクロ波加熱装置は、導波管（１０６）内を伝送するマイクロ波が終端部（１０７）において反射して、導波管内に定在波（３０３）が発生した状態において、複数のマイクロ波放射部（１０８）は、加熱室に対向する導波管の管壁において、定在波により生じる管壁に流れる導波管壁電流と、当該マイクロ波放射部の開口部との交差位置が対称となる対称軸を有するよう配置されている。

Description

本発明は、電子レンジ等のマイクロ波加熱装置に関し、特に、加熱室の内部にマイクロ波を放射するための構造に特徴を有するマイクロ波加熱装置に関するものである。

マイクロ波により被加熱物を加熱処理するマイクロ波加熱装置の代表的な装置としては、電子レンジがある。電子レンジにおいては、マイクロ波供給手段において発生したマイクロ波が金属製の加熱室の内部に放射され、加熱室内部の被加熱物が放射されたマイクロ波により加熱処理される。

従来の電子レンジにおけるマイクロ波供給手段としては、マグネトロンが用いられている。マグネトロンにより生成されたマイクロ波は、導波管を介してマイクロ波放射部から加熱室内部に放射される。加熱室内部におけるマイクロ波の電磁界分布（マイクロ波分布）が不均一であると、被加熱物を均一にマイクロ波加熱することができないという問題を有する。

加熱室内部の被加熱物を均一に加熱する手段としては、被加熱物を載置するテーブルを回転させて被加熱物を加熱室内部において回転させる構造、被加熱物を固定してマイクロ波を放射するアンテナを回転させる構造、または位相器を用いてマイクロ波供給手段からのマイクロ波の位相を変化させる構造が有る。このような構造を備えたマイクロ波加熱装置が一般的に用いられている。

例えば、従来のマイクロ波加熱装置では、導波管内部に回転可能なアンテナ、アンテナシャフトなどが配置されており、モータによって当該アンテナを回転させながらマグネトロンを駆動することにより、加熱室内のマイクロ波分布の不均一さを低減する構造を有するものがあった。

また、日本の特開昭６２−６４０９３号公報（特許文献１）には別の構成のマイクロ波加熱装置が記載されている。この特許文献１には、マグネトロンの上部に回転可能なアンテナを設け、当該アンテナの羽根に送風ファンからの風をあてることにより、当該送風ファンの風力でアンテナが回転して、加熱室内のマイクロ波分布を変化させるマイクロ波加熱装置が提案されている。

位相器を有する例としては、マイクロ波加熱による被加熱物の加熱ムラの低減を図ると共に、コスト削減および給電部の省スペース化を図ったマイクロ波加熱装置が米国特許第４３０１３４７号明細書（特許文献２）に記載されている。この特許文献２には、加熱室内部に円偏波を放射する単一のマイクロ波放射部を有するマイクロ波加熱装置が提案されている。

特開昭６２−０６４０９３号公報米国特許第４３０１３４７号明細書

前述の従来の構成を有するマイクロ波加熱装置においては、出来るだけ簡易的な構造を有し、被加熱物を効率良く、ムラ無く加熱することが求められている。しかし、これまで提案されていた従来の構成においては、満足出来るものではなく、構造上、効率化および均一化などの点で種々の問題を有していた。

また、マイクロ波加熱装置、特に、電子レンジにおいては、高出力化の技術開発が進み、国内では定格高周波出力１０００Ｗの製品が商品化されている。電子レンジは、熱伝導によって食品を加熱するのではなく、誘電加熱を用いて直接食品を加熱できる利便性がこの商品の大きな特徴である。しかし、電子レンジにおいて、不均一加熱が未解決な状態においての高出力化は不均一加熱をより顕在化させるという大きな問題を抱えている。

従来のマイクロ波加熱装置が抱える構造上の課題としては、下記の２点が挙げられる。

１点目は、不均一加熱を低減するためにテーブルまたはアンテナを回転させるための駆動機構を必要としており、このため回転スペース、およびテーブルまたはアンテナを回転させるモータなどの駆動源の設置スペースを確保しなければならず、電子レンジの小型化を阻害している点である。

２点目は、テーブルまたはアンテナを安定的に回転させるために、当該アンテナを加熱室の上部又は下部に設ける必要があり、構造上において特定の部品の配置が制限されている点である。

マイクロ波加熱装置におけるマイクロ波照射室内にテーブルまたは位相器の回転機構などを設置することは信頼性を下げる。よって、これら機構を不要とするマイクロ波加熱装置が要求されている。

また、マイクロ波加熱による被加熱物の不均一加熱（加熱ムラ）の低減を図ると共に、製造コストの低減および給電部の省スペース化を図った特許文献２に記載されたマイクロ波加熱装置においても次のような問題を有する。特許文献２に開示された、円偏波を加熱室内部に放射する単一のマイクロ波放射部を有するマイクロ波加熱装置は、回転機構を有していないという利点を有するが、マイクロ波加熱により十分な均一加熱が実現できないという課題を有している。

本発明は、前記の従来の技術における課題を解決するものであり、回転機構を用いることなく、被加熱物を均一にマイクロ波加熱することが可能となるマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。

本発明に係る一態様のマイクロ波加熱装置は、
被加熱物を収納する加熱室と、
前記加熱室にマイクロ波を供給するためのマイクロ波供給部と、
前記マイクロ波供給部から供給されたマイクロ波を前記加熱室へ伝送するための導波管と、
前記導波管内を伝送したマイクロ波を前記加熱室内へ放射するための複数のマイクロ波放射部と、を備え、
前記導波管内を伝送するマイクロ波が終端部において反射して、前記導波管内に定在波が発生した状態において、
前記複数のマイクロ波放射部は、前記加熱室に対向する前記導波管の管壁において、前記定在波により生じる前記管壁に流れる導波管壁電流と、当該マイクロ波放射部との交差位置が対称となる対称軸を有するよう配置されている。
上記のように構成された本発明に係る一態様のマイクロ波加熱装置の構成においては、回転機構を用いることなく、被加熱物を均一にマイクロ波加熱することが可能となる。

本発明のマイクロ波加熱装置においては、導波管内を伝送するマイクロ波を定在波状態とし、この状態において導波管壁を流れる電流をマイクロ波放射部が対称性を有して遮るよう配置して、マイクロ波放射部からマイクロ波を加熱室内に放射するよう構成されている。このように構成された本発明のマイクロ波加熱装置は、被加熱物に対する加熱において、マイクロ波放射部から対称性を有するマイクロ波放射を行うことができ、回転機構を用いることなく、均一な加熱分布を被加熱物にもたらすことができる。

本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置の断面図である。本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置の斜視図である。本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部と定在波との関係を説明する図である。本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置における定在波と導波管壁電流との関係を説明する図である。本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部から出力されるマイクロ波と導波管壁電流との関係を説明する図本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部と導波管壁に流れる電流との交差位置が対称となる対称軸を示す説明図本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置における対称軸と加熱室との関係を説明する図本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置における定在波安定部の配置を説明する図本発明に係る実施の形態３のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部を示す説明図本発明に係る実施の形態３のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部を示す説明図本発明に係る実施の形態４のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部を示す説明図図９に示したマイクロ波加熱装置における構成の場合において、小さい塊状の被加熱物を加熱室の中央に載置した場合における説明図本発明に係る実施の形態４のマイクロ波加熱装置における構成の場合において、小さい塊状の被加熱物を加熱室の中央に載置した場合の説明図本発明に係る実施の形態５のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部を示す説明図本発明に係る実施の形態５のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部の電流遮断有効幅を説明する図本発明に係る実施の形態６のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部を示す説明図本発明に係る実施の形態６のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部の配置を説明する図本発明に係る実施の形態６のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部の配置を簡易化してマイクロ波放射部の機能を説明する図本発明に係る実施の形態６のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部の配置を簡易化してマイクロ波放射部の機能を説明する図

本発明に係る第１の態様のマイクロ波加熱装置においては、
被加熱物を収納する加熱室と、
前記加熱室にマイクロ波を供給するためのマイクロ波供給部と、
前記マイクロ波供給部から供給されたマイクロ波を前記加熱室へ伝送するための導波管と、
前記導波管内を伝送したマイクロ波を前記加熱室内へ放射するための複数のマイクロ波放射部と、を備え、
前記導波管内を伝送するマイクロ波が終端部において反射して、前記導波管内に定在波が発生した状態において、
前記複数のマイクロ波放射部は、前記加熱室に対向する前記導波管の管壁において、前記定在波により生じる前記管壁に流れる導波管壁電流と、当該マイクロ波放射部との交差位置が対称となる対称軸を有するよう配置されている。
このように構成された本発明に係る第１の態様のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部からのマイクロ波が加熱室内に放射されて被加熱物の加熱を行うとき、マイクロ波放射部から対称性を有するマイクロ波放射を行うことができ、均一な加熱分布となる加熱を行うことができる。

本発明に係る第２の態様のマイクロ波加熱装置においては、前記の第１の態様における前記対称軸が、前記導波管のマイクロ波伝送方向における前記加熱室の中央に配置されている。このように構成された本発明に係る第２の態様のマイクロ波加熱装置は、加熱室内で反射して被加熱物を照射するマイクロ波においても対称性を有する放射とすることが可能な構成となる。

本発明に係る第３の態様のマイクロ波加熱装置においては、前記の第１または第２の態様の前記導波管内における前記定在波の発生位置を安定させるために、前記導波管内に定在波安定部を備えている。このように本発明に係る第３の態様のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部と導波管壁電流との位置関係において所望の状態が保持され、安定した均一加熱分布を継続して形成することが可能となる。

本発明に係る第４の態様のマイクロ波加熱装置において、前記の第３の態様における前記定在波安定部は、前記定在波の節に対応する位置に複数設けられており、前記定在波安定部の間隔が、前記マイクロ波供給部から前記導波管に供給されて導波管内を伝送しているマイクロ波の管内波長の略半分に設定されている。このように本発明に係る第４の態様のマイクロ波加熱装置においては、定在波安定部により維持される定在波が導波管内で存在し易い波長となり、定在波を無理なく形成することができる。このため、本発明に係る第４の態様のマイクロ波加熱装置は、高効率でのマイクロ波伝送が可能となり、均一な加熱分布を高効率な状態で行うことができる。

本発明に係る第５の態様のマイクロ波加熱装置において、前記の第１乃至第４の態様のいずれか態様における前記マイクロ波放射部は、円偏波を放射する開口形状を有している。このように本発明に係る第５の態様のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部から拡がりをもったマイクロ波が加熱室内に放射されて、被加熱物へのマイクロ波の放射をより広い範囲で均一化することができる。

本発明に係る第６の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第１乃至第５の態様のいずれかの態様の前記導波管における前記マイクロ波供給部から前記終端部までのマイクロ波伝送距離が、前記導波管内を伝送しているマイクロ波の管内波長の４分の１の整数倍となるよう構成されている。このように本発明に係る第６の態様のマイクロ波加熱装置においては、導波管内に存在し易い波長を有する定在波を発生させることができるため、マイクロ波放射部からマイクロ波が放射されても、導波管内の定在波を安定して維持することができる。

本発明に係る第７の態様のマイクロ波加熱装置において、前記の第１乃至第５の態様のいずれかの態様の前記マイクロ波放射部は、前記導波管に形成された開口部で構成されており、前記開口部は前記対称軸と交差しない位置に形成されている。このように本発明に係る第７の態様のマイクロ波加熱装置においては、例えば加熱室の中央に載置されたじゃがいものような小さい塊状の被加熱物に対して、マイクロ波が開口部から被加熱物に直接放射されて被加熱物下部にマイクロ波が集中するような状況を防止することができる。

本発明に係る第８の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第７の態様における前記対称軸に隣接する前記マイクロ波放射部の開口部の幅が、前記対称軸に隣接しない前記マイクロ波放射部の開口部の幅よりも大きく設定されている。このように本発明に係る第８の態様のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部から放射されるマイクロ波の量を抑えて、例えば加熱室の中央に載置されたじゃがいものような小さい塊状の被加熱物の下部へのマイクロ波集中を緩和することができる。

本発明に係る第９の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第７の態様における前記複数のマイクロ波放射部が均等配置された場合において、隣接する前記マイクロ波放射部の間隔が前記導波管内を伝送しているマイクロ波の管内波長の４分の１より大きいとき、前記対称軸に隣接する前記マイクロ波放射部の間隔を前記均等配置した場合の間隔よりも狭くするよう構成されている。このように本発明に係る第９の態様のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部からのマイクロ波放射方向を変更し、例えば加熱室の中央に載置されたじゃがいものような小さい塊状の被加熱物の下部へのマイクロ波集中を緩和することができる。

以下、本発明に係るマイクロ波加熱装置の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態のマイクロ波加熱装置においては電子レンジについて説明するが、電子レンジは例示であり、本発明のマイクロ波加熱装置は電子レンジに限定されるものではなく、誘電加熱を利用した加熱装置、生ゴミ処理機、あるいは半導体製造装置などのマイクロ波加熱装置を含むものである。また、本発明には、以下に述べる各実施の形態において説明する任意の構成を適宜組み合わせることを含むものであり、組み合わされた構成においてはそれぞれの効果を奏するものである。さらに、本発明は、以下の実施の形態において説明する具体的な電子レンジの構成に限定されるものではなく、同様の技術的思想に基づく構成が本発明に含まれる。

（実施の形態１）
図１は、本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置である電子レンジの断面図である。図１において、１０１は筐体、１０２は被加熱物、１０３は被加熱物１０２を収納する加熱室、１０４は被加熱物１０３を載置するための載置部、１０５は加熱室１０３にマイクロ波を供給するためのマイクロ波供給部、１０６はマイクロ波供給部１０５から供給されたマイクロ波を加熱室１０３へ伝送するための導波管、１０７は導波管１０６における伝送方向の終端であり閉塞された終端部、１０８は導波管１０６内を伝送したマイクロ波を加熱室１０３内へ放射するためのマイクロ波放射部である。なお、載置部１０４にはガラス板、マイクロ波供給部１０５にはマグネトロン、導波管１０６には方形導波管、マイクロ波放射部１０８には導波管１０６の加熱室１０３の対向面である管壁に形成した貫通孔である開口部を用いることにより、実施の形態１のマイクロ波加熱装置である電子レンジにおける構成を容易に実現することができる。

図２は実施の形態１のマイクロ波加熱装置である電子レンジの斜視図である。図２において、２０１は被加熱物１０２を加熱室１０３に対して出し入れするための扉であり、図２においては扉２０１が開成状態であるマイクロ波加熱装置を示している。

図３の（ａ）は導波管１０６を示す概略斜視図であり、図３の（ｂ）は定在波３０３が発生している導波管１０６を示す側面断面図であり、図３の（ｃ）は導波管１０６の上面（加熱室１０３に対向する面）に形成されたマイクロ波放射部１０８の概略構成図である。ここでは、マイクロ波放射部１０８を導波管１０６の上面（上部管壁）に設けた開口部とし、導波管１０６内に存在するマイクロ波を加熱室１０３内へ放射する機能を有するものとして説明する。

以下、本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置について、次の５つのステップを踏んで説明する。
（１）マイクロ波加熱装置の概略動作の説明。
（２）マイクロ波加熱装置における定在波の在り方の説明。
（３）定在波状態での導波管を流れる導波管壁電流の説明。
（４）マイクロ波放射部から出力されるマイクロ波と導波管壁電流との関係の説明。
（５）導波管壁電流とマイクロ波放射部とが交差する位置が対称となる対称軸を持つことによる効果の説明。

[（１）マイクロ波加熱装置の概略動作]
最初に、マイクロ波加熱装置の概略動作について説明する。使用者により加熱室１０３内の載置部１０４上に被加熱物１０２が配置され、加熱開始指示が行われると、当該マイクロ波加熱装置は、マイクロ波供給部１０５であるマグネトロンから導波管１０６内にマイクロ波が供給される。導波管１０６内に供給されたマイクロ波は終端部１０７で反射されて、図３に示すように、加熱室１０３下の導波管１０６内にはマイクロ波の定在波３０３が発生する。このように導波管１０６内にマイクロ波供給源として定在波が発生した状態において、導波管１０６における加熱室１０３に対向する面に形成されたマイクロ波放射部１０８から、加熱室１０３内にマイクロ波が放射される。この結果、当該マイクロ波加熱装置は被加熱物１０２に対して加熱処理を行う。

[（２）マイクロ波加熱装置における定在波の在り方]
次に、マイクロ波加熱装置における定在波の在り方について説明する。図３に示すような閉塞された終端部１０７を備えた導波管１０６をマイクロ波が伝送する場合、導波管１０６内においてマイクロ波伝送方向３０２に定在波３０３が形成される。導波管１０６は終端部１０７で閉じられているため、終端部１０７における定在波３０３の振幅は０（節）に固定される。

図１に示すようなマイクロ波供給部１０５の供給側（出力端側）は、図３の（ｂ）に示す導波管１０６の右端に示すように、定在波３０３の振幅最大値を示す自由端（腹）となる。このため、導波管１０６内に発生する定在波３０３の波長λｎは、図３の（ａ）に示した導波管１０６におけるマイクロ波伝送方向３０２の長さであるｃ（マイクロ波供給部１０５の供給部（出力端）から終端部１０７までのマイクロ波伝送距離）と、定在波モードを示す自然数ｓを用いて、下記の（数１）で示す式を用いて、λを定在波３０３の波長λｎとして簡易的に演算することができる。

例えば、マイクロ波伝送方向３０２の長さｃを３４６ｍｍとして、上記の（数１）の式を適用すると、定在波３０３の波長λｎ、定在波３０３の間隔（λｎ／２）はそれぞれ下記の（表１）のようになる。

ここで、導波管１０６内に存在する定在波３０３は、マイクロ波供給部１０５が供給する発振周波数が基になった波である。したがって、導波管１０６内に存在する定在波数は、導波管１０６内を伝送する波が呈する状態をとるのが自然な在り方であり、最も存在し易い状態となる。導波管１０６内を伝送する波の管内波長λｇは、マイクロ波供給部１０５からの波長をλ（λ＝（光速）／（発振周波数））、導波管１０６の遮断波長をλｃ（λｃ＝２×ａ：ａは導波管幅（図３の（ａ）参照））とすると、下記の（数２）で示す式のように表される。

マイクロ波供給部１０５の発振周波数が２．４６［ＧＨｚ］、導波管１０６の幅が１００［ｍｍ］である場合、上記の（数２）の式に代入すると管内波長λｇ＝１５３．８６［ｍｍ］となる。このため、前記の（表１）よりｓ＝５で、定在波間隔（λｎ／２）が７６．９［ｍｍ］となる図３の（ｂ）に示すような定在波３０３が導波管１０６内に存在することになる。ただし、現実の導波管１０６でマイクロ波供給部１０５の入口の状況や、終端部１０７の状態が理想状態とならない場合には、演算値の前後の状態も取り得るため（この場合はｓ＝４、ｓ＝６）、現実の正確な導波管１０６内の定在波３０３の波長は導波管１０６内の振幅を実測するのが確実である。

なお、前述のように、マイクロ波放射部１０８からマイクロ波が放射された後も導波管１０６内に発生した定在波３０３が安定して存在するためには、定在波波長λｎが、導波管１０６内を伝送する波が呈する状態、すなわち管内波長λｇと同一の値をとる状態であればよい。このような状態のとき、導波管１０６内を伝送する時の波と定在波が発生している時の波が同一波長であるため、不調和状態を発生させない最も安定した状態であると言える。したがって、マイクロ波伝送方向３０２の長さであるｃ（マイクロ波供給部１０５の出力端から終端部１０７までのマイクロ波伝送距離）を決定する際は、（数１）の式を変形して得られる下記の（数３）で示す式において、λには管内波長λｇ（≒λｎ：実施の形態１の場合は１５３．８６［ｍｍ］）、ｓには導波管１０６内に存在して欲しい定在波状態（実施の形態１の場合はｓ＝５）を代入することで、マイクロ波放射部１０８からマイクロ波放射を行われても定在波３０３を安定して導波管１０６内に維持することができる条件を作り出すことが可能となる。

[（３）定在波状態での導波管を流れる導波管壁電流]
次に、導波管１０６内を定在波３０３が発生している状態（定在波状態）での導波管１０６を流れる導波管壁電流について説明する。
定在波状態における導波管１０６の壁電流は、定在波３０３の腹に対応する位置（３０１）が電流の流れ出しポイント、または流れ込みポイントとなる。なお、電流の流れ出しポイント、または流れ込みのポイントは、導波管１０６におけるマイクロ波伝送方向に直交する方向（導波管１０６の幅方向：図３の（ａ）における長さａで示す方向）の略中央に発生する。

定在波状態における導波管壁電流としては、電流の流れ出しポイントから流れ込みポイントへと流れている。したがって、隣接する腹と腹とに対応する２つの位置の管壁間を流れる電流と、導波管側壁を介してマイクロ波放射部１０８が形成された面（放射部形成面）における腹に対応する位置と前記放射部形成面に対向する面（放射部形成対向面）における腹に対応する位置との間を流れる電流とが存在する。

図４において、（ａ）は導波管１０６の側面断面図であり、定在波状態の導波管１０６内における定在波３０３の発生状態と、（ｂ）と（ｃ）はマイクロ波放射部１０８が形成された面（放射部形成面）における導波管壁電流の発生状態を示す。ここで、導波管１０６の導波管壁電流は、定在波３０３の腹における振幅が最大および最小を繰り返す状態に応じて、図４の（ｂ）に示す状態と、図４の（ｃ）に示す状態とを繰り返している。即ち、図４の（ｂ）と（ｃ）に示すように、導波管壁電流においては電流が逆方向に流れる状態を繰り返すことになる。

[（４）マイクロ波放射部から出力されるマイクロ波と導波管壁電流との関係]
次に、マイクロ波放射部１０８から出力されるマイクロ波と導波管壁電流との関係について説明する。
図５において、（ａ）は導波管１０６内に発生した定在波３０３を示す側面断面図であり、（ｂ）は定在波３０３が存在する時に導波管１０６に流れる導波管壁電流を示す図である。図５の（ｃ）は、図５の（ｂ）に示すように導波管壁電流とマイクロ波放射部１０８の開口部が交差する際のマイクロ波放射を説明するために、マイクロ波放射部の一部を取り上げて説明する図である。

図５の（ａ）に示すように、導波管１０６内に定在波が存在し、図５の（ｂ）に示すように、導波管壁電流を遮るようにマイクロ波放射部１０８として開口部５０１が形成されている場合について説明する。このように開口部５０１が形成されている場合、図５の（ｃ）に示すように、導波管壁電流５０２を開口部５０１が遮ることにより、発生する電界５０３と、開口部５０１下の磁界５０４（導波管壁電流は磁界に直交する方向に流れる）とに垂直な方向がマイクロ波放射方向５０５となり、加熱室１０３内に向けてマイクロ波が放射される。

[（５）導波管壁電流とマイクロ波放射部とが交差する位置が対称となる対称軸を持つことによる効果]
次に、導波管壁電流とマイクロ波放射部１０８が交差する位置（交点）が対称であることによる効果について図６および図７を参照して説明する。図６において、（ａ）は定在波状態の導波管１０６を示す側面断面図であり、（ｂ）は導波管１０６の加熱室１０３に対向する放射部形成面を示す平面図であり、（ｃ）は放射部形成面における導波管壁電流の流れを示す図である。また、図７の（ａ）は定在波状態の導波管１０６を示す側面断面図であり、図７の（ｂ）は導波管１０６からのマイクロ波放射が対称となるように、導波管１０６が加熱室１０３に配置された例を示す平面図である。

前述のように、導波管壁電流がマイクロ波放射部１０８としての開口部５０１により遮られることでマイクロ波が加熱室１０３内に向けて放射されることになる。したがって、図６の（ａ）に示すように、導波管１０６内に定在波３０３が存在する状態において、図６の（ｂ）に示すようなマイクロ波放射部１０８を導波管１０６の放射部形成面に形成することにより、図６の（ｃ）に示すように、放射部形成面には導波管壁電流が流れる。図６の（ｃ）に示すように、実施の形態１のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部１０８と導波管壁を流れる導波管壁電流とが交差する位置（交点）が対称となるように、対称軸６０１を有する配置としている。このように構成されたマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部１０８から対称性を有するマイクロ波放射を行うことができ、均一な加熱分布を被加熱物にもたらすことが可能となる。

なお、導波管壁電流は図６に示すように定在波３０３の腹から腹へ行き来するため、導波管１０６内の定在波３０３を実測して腹位置を確定し、得られた腹位置を用いて導波管壁電流とマイクロ波放射部１０８の位置関係を確定することにより、導波管壁電流とマイクロ波放射部１０８の交点の対称性を容易に確認できる。

また、この時、図７に示すように対称軸６０１を、導波管１０６のマイクロ波伝送方向３０２における加熱室中央７０１（図７に示す加熱室１０３における左右方向の中央）と一致するように配置することにより、加熱室１０３の中央（マイクロ波伝送方向における中央）に対して対称性を有して均一なマイクロ波放射を行うことができる。このように構成されたマイクロ波加熱装置においては、加熱室１０３の内壁面で反射して被加熱物１０２を照射するマイクロ波においても対称性を持たせることができる。

さらに、導波管１０６のマイクロ波伝送方向３０２における導波管軸７０２（中心軸）に対し、マイクロ波放射部１０８が対称性を有している場合、導波管軸７０２を加熱室１０３の略中心に配置すれば、図７における左右方向の対称性とともに、上下方向（加熱室１０３の前後方向）の対称性をさらに加えることができ、加熱室１０３における対称的な加熱性能をさらに高めることもできる。

以上のように、実施の形態１のマイクロ波加熱装置においては、導波管１０６内を伝送するマイクロ波を定在波状態とし、この時に導波管壁を流れる電流をマイクロ波放射部１０８の開口部５０１が対称性を有して遮るよう配置されている。このように構成されたマイクロ波放射部１０８からマイクロ波が加熱室１０３内に放射されて、被加熱物１０２を加熱するため、マイクロ波放射部１０８からは対称性を有するマイクロ波放射を行うことができ、均一な加熱分布を被加熱物１０２にもたらすことができる。

また、実施の形態１のマイクロ波加熱装置においては、複数のマイクロ波放射部１０８が対称性を有するマイクロ波放射を行うよう対称軸６０１を有しており、この対称軸６０１が加熱室１０３の中央となるよう配置することにより、加熱室１０３内で反射して被加熱物１０２を照射するマイクロ波においても対称性をもたせることができる。

なお、実施の形態１ではマイクロ波放射部１０８の開口部の形状を図６に示した開口形状で説明したが、本発明はこのような開口形状に限定されるものではなく、マイクロ波が放射される形状であればよい。

実施の形態１の構成においては、導波管１０６におけるマイクロ波供給部１０５から終端部１０７までのマイクロ波伝送距離を管内波長の４分の１（λｇ／４）の整数倍とすることにより、導波管１０６内に存在し易い管内波長と同一波長の定在波を発生させることができる。このため、マイクロ波放射部１０８からマイクロ波放射が行われても定在波３０３を安定して導波管１０６内に維持することができる。

（実施の形態２）
以下、本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置について説明する。実施の形態２のマイクロ波加熱装置において、前述の実施の形態１のマイクロ波加熱装置と異なる点は、導波管に定在波安定手段を備えた点である。

以下の実施の形態２のマイクロ波加熱装置の説明においては、実施の形態１のマイクロ波加熱装置における構成要素と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、その詳細な説明は実施の形態１の説明を適用する。また、実施の形態２における基本的な動作は、前述の実施の形態１における動作と同様であるので、以下の説明においては、実施の形態１における動作とは異なる動作、作用などについて説明する。

図８は、本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置における定在波安定手段である定在波安定部を示す配置説明図である。図８において、（ａ）は定在波状態の導波管１０６を示す側面断面図であり、（ｂ）は導波管１０６の放射部形成面を示す平面図であり、（ｃ）は放射部形成面における導波管壁電流の流れを示す図である。

実施の形態２においては、図８に示すように、導波管１０６内における定在波の節が存在する位置に定在波安定部８０１を導波管軸８０２に沿って配置している。導波管軸８０２とは、導波管１０６における伝送方向に平行な中心軸である。

なお、定在波安定部８０１としては円筒形状を有し、金属で構成されたものを用いることで、この構成を容易に実現できる。なお、定在波安定部８０１としては、導波管１０６内の定在波３０３の節位置付近に存在し、振幅が０点（節）を作り出す構成ならば、どのような構成でもよい。したがって、定在波安定部８０１としては、例えば、導波管１０６の内壁面を凸状に突出加工成形した構成や、四角柱形状の金属を取り付けた構成でもよい。また、定在波安定部８０１は、導波管１０６内における定在波の節が存在する位置であれば、必ずしも導波管軸８０２に沿って配置する必要はない。また、一つの節に対して複数の定在波安定部８０１を置いてもよい。

定在波安定部８０１を導波管１０６内に所定位置に配置することにより、定在波安定部８０１の金属面が固定端のような役割を果たすことから、定在波安定部８０１が設けられた位置では振幅が０となり、定在波３０３の節が形成される。したがって、定在波安定部８０１を発生する定在波３０３の節位置に対応する位置に設けることにより、導波管１０６内には予め想定されている所望の定在波３０３が形成される。そして、マイクロ波放射部１０８からマイクロ波が加熱室１０１内に放射されているとき、定在波３０３のバランスが崩れるような状態が発生しても、再び安定した定在波３０３が形成される過程において、定在波３０３を同じ位置に安定して形成することが可能となる。この作用により、前述の実施の形態１において説明したように、マイクロ波放射部１０８と導波管壁電流とが交差する位置（交点）に関する対称軸６０１（図６の（ｂ）および図７の（ｂ）参照）が安定することになる。したがって、実施の形態２のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部１０８が導波管壁電流を遮ることで発生するマイクロ波放射による均一加熱分布を安定して継続することが可能となる。

また、前述の実施の形態１においても説明したように、導波管１０６内に存在する定在波数は、導波管１０６内を伝送する波が呈する状態をとるのが自然な在り方であり、最も存在し易い安定状態となる。したがって、定在波安定部８０１の配置についても、マイクロ波供給部１０５の波長（λ）および導波管１０６の幅（ａ）から算出される管内波長（λｇ）の略半分の間隔を用いることにより、定在波安定部８０１の効果で維持される定在波３０３を、導波管１０６内で存在し易い波長で無理なく形成することができる。この結果、実施の形態２のマイクロ波加熱装置においては、高効率でのマイクロ波放射が可能となり、安定したマイクロ波放射を図ることができる構成となる。

以上のように、実施の形態２のマイクロ波加熱装置においては、振幅を０点（節）に形成する機能を備えた定在波安定部８０１を設けることにより、その節位置で固定される定在波３０３を安定的に発生させることが可能となる。このため、実施の形態２の構成においては、マイクロ波放射部１０８と導波管壁電流との関係を保持して、安定した均一加熱分布を継続して形成することができる。

また、導波管１０６内において、定在波安定部８０１が設けられている間隔を、マイクロ波供給部１０５から導波管１０６に供給されて、導波管１０６内を伝送しているマイクロ波の管内波長（λｇ）の略半分に設定することにより、定在波安定部８０１により維持される定在波３０３を、導波管１０６内で存在し易い波長で無理なく形成することができる。このため、実施の形態２のマイククロ波加熱装置においては、高効率でのマイクロ波放射が可能となり、均一な加熱分布を高効率な状態で達成することが可能となる。

なお、実施の形態２において説明した定在波安定手段である定在波安定部８０１は、本明細書において説明する他の実施の形態においても同様に適用することが可能であり、適用された実施の形態では更なる高効率でのマイクロ波放射を行うことが可能となり、高効率の状態で加熱分布の均一化を図ることができる構成となる。

（実施の形態３）
以下、本発明に係る実施の形態３のマイクロ波加熱装置について説明する。実施の形態３のマイクロ波加熱装置において、前述の実施の形態１のマイクロ波加熱装置と異なる点は、マイクロ波放射部の構成であり、マイクロ波放射部が円偏波を放射する構成を有している。

以下の実施の形態３のマイクロ波加熱装置の説明においては、実施の形態１および実施の形態２のマイクロ波加熱装置における構成要素と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、その詳細な説明は実施の形態１および実施の形態２の説明を適用する。また、実施の形態３における基本的な動作は、前述の実施の形態１および実施の形態２における動作と同様であるので、以下の説明においては、実施の形態１および実施の形態２における動作とは異なる動作、作用などについて説明する。

図９は、本発明に係る実施の形態３のマイクロ波加熱装置における導波管１０６におけるマイクロ波放射部１０８の配導波管１０６内の定在波３０３に対するマイクロ波放射部１０８の形成位置を示している。図９において、（ａ）は定在波状態の導波管１０６を示す側面断面図であり、（ｂ）は導波管１０６の放射部形成面を示す平面図であり、（ｃ）は放射部形成面における導波管壁電流の流れを示す図である。

実施の形態３の構成においては、マイクロ波放射部１０８を図９に示すような円偏波を放射する開口形状としている。円偏波とは、移動通信および衛星通信の分野で広く用いられている技術であり、身近な使用例としては、ＥＴＣ（Electronic Toll Collection System）「ノンストップ自動料金収受システム」などが挙げられる。円偏波は、電界の偏波面が電波の進行方向に対して時間に応じて回転するマイクロ波であり、円偏波を形成すると電界の方向が時間に応じて変化し続けるので、加熱室１０３内に放射されるマイクロ波の放射角度も変化し続け、時間的に電界強度の大きさが変化しないという特徴を有している。これにより、従来のマイクロ波加熱装置に用いられている直線偏波によるマイクロ波加熱と比較して、広範囲にわたってマイクロ波が分散放射されて、被加熱物を均一にマイクロ波加熱することが可能となる。特に、円偏波の周方向に対して均一加熱の傾向が強い。なお、円偏波は回転方向から右旋偏波（ＣＷ：clockwise）と左旋偏波（ＣＣＷ：counter clockwise）の２種類に分類されるが、加熱性能に違いはない。

実施の形態３のマイクロ波加熱装置は、定在波３０３を利用しているが、マイクロ波放射部１０８からマイクロ波が放射され、定在波バランスがくずれた際に、再び安定した定在波に戻るまでの間は進行波が発生する。したがって、マイクロ波放射部１０８が円偏波を放射する開口形状とすることにより、前記の特長を利用して、加熱室１０３内の加熱分布をより均一化することが可能となる。なお、方形の導波管１０６に設けたマイクロ波放射部１０８から円偏波を出力するために、図９に示すように、マイクロ波放射部１０８の開口形状は、幅を有する直線状の２本のスリットを互いの中央で交差させて、マイクロ波伝送方向３０２に対して４５度傾けた形状を有している。また、このマイクロ波放射部１０８は、導波管１０６のマイクロ波伝送方向３０２の導波管軸（導波管１０６におけるマイクロ波伝送方向３０２に平行な中心軸）９０１と交差しない位置に配置する必要がある。

以上のように、実施の形態３においては、マイクロ波放射部１０８を、円偏波を放射する形状とすることで、マイクロ波放射部１０８から拡がりをもったマイクロ波が加熱室１０３内に放射され、被加熱物１０２へのマイクロ波の放射をより広い範囲で均一化することができる。

なお、実施の形態３において、円偏波を放射するマイクロ波放射部１０８の形状を図９で示した開口形状で説明したが、本発明における開口形状としては図９に示した形状に限定されるものではなく、円偏波を放射する形状であればよい。

また、図９に示したマイクロ波放射部１０８においては、導波管軸９０１に対して対称となる配置で説明したが、図１０に示すような導波管軸１００１に対し非対称となる配置で構成されたマイクロ波放射部１０８を用いてもよい。図１０は、実施の形態３のマイクロ波加熱装置における導波管１０６におけるマイクロ波放射部１０８の別の配置を示しており、導波管軸１００１の両側に交互にマイクロ波放射部１０８の開口形状を形成した例である。

図１０において、（ａ）は定在波状態の導波管１０６を示す側面断面図であり、（ｂ）は導波管１０６の放射部形成面を示す平面図であり、（ｃ）は放射部形成面における導波管壁電流の流れを示す図である。図１０に示すようにマイクロ波放射部１０８を構成することにより、加熱室等の仕様に応じて当該加熱室に対して所望のマイクロ波放射を行うことが可能となる。

（実施の形態４）
以下、本発明に係る実施の形態４のマイクロ波加熱装置について説明する。実施の形態４のマイクロ波加熱装置において、前述の実施の形態１のマイクロ波加熱装置と異なる点は、マイクロ波放射部の構成である。

以下の実施の形態４のマイクロ波加熱装置の説明においては、実施の形態１〜実施の形態３のマイクロ波加熱装置における構成要素と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、その詳細な説明は実施の形態１〜実施の形態３の説明を適用する。また、実施の形態４における基本的な動作は、前述の実施の形態１〜実施の形態３における動作と同様であるので、以下の説明においては、実施の形態１〜実施の形態３における動作とは異なる動作、作用などについて説明する。

図１１は、本発明に係る実施の形態４のマイクロ波加熱装置における導波管１０６における定在波３０３に対するマイクロ波放射部１０８の配置説明図である。図１１において、（ａ）は定在波状態の導波管１０６を示す側面断面図であり、（ｂ）は導波管１０６の放射部形成面を示す平面図であり、（ｃ）は放射部形成面における導波管壁電流の流れを示す図である。

実施の形態４においては、図１１の（ｃ）に示すように、マイクロ波放射部１０８の開口部を対称軸６０１と交差しない位置に設けている。前述の図９の（ｃ）に示したマイクロ波放射部１０８の配置構成と、図１１の（ｃ）に示したマイクロ波放射部１０８の配置構成とを見れば明らかなように、マイクロ波放射部の開口部と導波管壁電流との交点が異なっている。図９の（ｃ）および図１１の（ｃ）のどちらも、導波管電流が対称軸６０１と導波管軸９０１との交点において最も集中する状態となっているが、マイクロ波放射部１０８の開口部と導波管電流の交点が異なることにより、小さい塊状の被加熱物１０２へのマイクロ波放射に違いが生じることについて説明を行う。

一般にマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波の加熱室内分布が比較的良好になり易い加熱室１０３における載置部１０４の中心（以下、加熱室１０３の中央と略称）に被加熱物１０２を載置することが推奨されている。例えば、前述の図９の（ｃ）に示したようにマイクロ波放射部１０８の開口部と対称軸６０１が交差している場合には、導波管壁電流が最も集中している加熱室１０３の中央は単に加熱集中が起こり易いだけでなく、導波管１０６を伝送するマイクロ波が開口部を通して放射された後、マイクロ波放射部１０８から最も近い距離で被加熱物１０２に直接当たることになる。この状況において、じゃがいものような小さな塊状の被加熱物１０２が加熱室１０３内に載置された場合、被加熱物１０２の下部に加熱が集中して、過加熱が発生し易い状況となってしまう（図１２参照）。図１２は、図９に示したマイクロ波放射部１０８の配置構成において、じゃがいものような小さな塊状の被加熱物１０２が加熱されるときの状態を示している。このとき、じゃがいものような小さな塊状の被加熱物１０２が、導波管１０６における対称軸６０１と導波管軸９０１の交点の直上、即ち加熱室１０３の中央に配置された状況を示している。

図１２に示すような過加熱が発生するような状況を回避するために、図１１に示すマイクロ波放射部１０８の配置構成が有効である。図１１の（ｃ）に示すように、マイクロ波放射部１０８の開口部を対称軸６０１と交差しない位置に設ける構成とすれば、導波管壁電流が最も集中する加熱室１０３の中央に、じゃがいものような小さい塊状の被加熱物１０２が載置されたとしても、導波管１０６を伝送するマイクロ波が、マイクロ波放射部１０８から最も近い距離の被加熱物１０２に対して直接放射される状況を回避することができる。したがって、図１１に示すマイクロ波放射部１０８の配置構成においては、被加熱物１０２の下部に加熱が集中して過加熱となる状況を防止することができる（図１３参照）。図１３は、図１１に示したマイクロ波放射部１０８の配置構成において、じゃがいものような小さな塊状の被加熱物１０２が加熱されるときの状態を示している。このとき、じゃがいものような小さな塊状の被加熱物１０２が、導波管１０６における対称軸６０１と導波管軸９０１の交点の直上に配置、即ち加熱室１０３の中央に配置された状況を示している。

以上のように、実施の形態４のマイクロ波加熱装置の構成においては、マイクロ波放射部１０８を構成する開口部を対称軸６０１と交差しない位置に設けることにより、加熱室１０３の中央に載置された小さい塊状の被加熱物１０２の下部へのマイクロ波の直接放射を防止することができる。

なお、実施の形態４のマイクロ波加熱装置の構成において、導波管１０６内の定在波を安定させるために、前述の実施の形態２において説明したように、導波管１０６内に定在波安定手段としての定在波安定部８０１を配置してもよい。

また、実施の形態４のマイクロ波加熱装置の構成において、マイクロ波放射部１０８を閉塞した状態で、導波管１０６の導波管軸方向における電界分布を測定することにより、導波管１０６内の定在波状態を特定し、得られた定在波状態に対応するように対称軸６０１を設定すれば、実験的に対称軸６０１を確定することが可能となる。

また、実施の形態４のマイクロ波加熱装置においては、被加熱物１０２の載置位置として推奨され易い加熱室１０３の中央における加熱効率を向上できるように、下記のように対称軸６０１を設定してもよい。加熱室１０３の中央に加熱基準としたい負荷量の被加熱物１０２（例えば、直径１９センチの円柱容器に入れた１Ｌの水）を載置した状態で、導波管１０６内の電界分布を測定することで導波管１０６内の定在波状態を特定し、そこで得られた定在波状態に対応するように対称軸６０１を設定すれば、加熱基準負荷に対応した対称軸６０１となる。更にそこで得られた定在波状態における節位置に定在波安定部８０１を設定すれば、加熱基準負荷に適合した定在波配置を設定することが可能となる。

なお、実施の形態４の構成においては、加熱室１０３の壁面における凹凸構造や、使用者にとって被加熱物１０２を載置するための利便性などの観点から、被加熱物１０２の推奨載置位置を加熱室１０３の中央としない場合には、その仕様に合わせて、対称軸６０１を加熱室１０３の中央から外れた位置としてもよい。

（実施の形態５）
以下、本発明に係る実施の形態５のマイクロ波加熱装置について説明する。実施の形態５のマイクロ波加熱装置において、前述の実施の形態１のマイクロ波加熱装置と異なる点は、マイクロ波放射部の構成である。

以下の実施の形態５のマイクロ波加熱装置の説明においては、実施の形態１〜実施の形態４のマイクロ波加熱装置における構成要素と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、その詳細な説明は実施の形態１〜実施の形態４の説明を適用する。また、実施の形態５における基本的な動作は、前述の実施の形態１〜実施の形態４における動作と同様であるので、以下の説明においては、実施の形態１〜実施の形態４における動作とは異なる動作、作用などについて説明する。

図１４は、本発明に係る実施の形態５のマイクロ波加熱装置における導波管１０６における定在波３０３に対するマイクロ波放射部１０８の配置説明図である。図１４において、（ａ）は定在波状態の導波管１０６を示す側面断面図であり、（ｂ）は導波管１０６の放射部形成面を示す平面図であり、（ｃ）は放射部形成面における導波管壁電流の流れを示す図である。

実施の形態５の構成においては、図１４に示すように、対称軸６０１に隣接するマイクロ波放射部１０８の開口部の幅（交差する各スリットの幅）を、対称軸６０１に隣接しないマイクロ波放射部１０８の開口部の幅よりも大きく（太く）設定している。

前述の実施の形態１において図５を用いて説明した通り、マイクロ波放射部１０８の開口部が管壁電流を遮ることにより、電界５０３（図５の（ｃ）参照）が発生する。この結果、開口部下の磁界５０４（導波管壁電流は磁界に直交する方向に流れる）に垂直なマイクロ波放射方向５０５に、マイクロ波放射部１０８の開口部を通してマイクロ波が加熱室１０３内に放射される。

図１５は、マイクロ波放射部１０８の開口部の形状を示しており、（ｂ）に示した開口部形状は（ａ）に示した開口部形状より幅が大きく形成されている例である。図１５に示すように、マイクロ波放射部１０８の開口部の幅を（ａ）に示す開口部５０１Ａから（ｂ）に示す開口部５０１Ｂのように大きく（太く）すると、導波管壁電流を遮るための電流遮断有効幅１５０２（図１５の（ｂ）参照）は、電流遮断有効幅１５０１（図１５の（ａ））よりも狭くなる。このため、図１５の（ｂ）に示すマイクロ波放射部１０８の開口部５０１Ｂにおいては、導波管壁電流を遮ることにより発生する電界の発生が抑制されて、当該開口部５０１Ｂからのマイクロ波放射が抑制されることになる。

上記の特性を適用して、対称軸６０１に隣接するマイクロ波放射部１０８の開口部５０１Ｂの幅を、対称軸６０１に隣接しないマイクロ波放射部１０８の開口部５０１Ａの幅よりも大きく設定することにより、対称軸６０１に隣接するマイクロ波放射部１０８の開口部５０１Ｂから放射されるマイクロ波の量を抑制して、加熱室１０３の中央に載置されたじゃがいものような小さい塊状の被加熱物１０２の下部へのマイクロ波集中を緩和することが可能となる。

なお、上記の特性に関しては、被加熱物１０２がじゃがいものような小さい塊状のようなものの場合に特に大きく作用することを本発明者は実験により確認している。

以上のように、実施の形態５のマイクロ波加熱装置においては、対称軸６０１に隣接するマイクロ波放射部１０８の開口部の幅を、対称軸６０１に隣接しないマイクロ波放射部１０８の開口部の幅よりも大きく（太く）設定している。このように構成することにより、実施の形態５のマイクロ波加熱装置は、対称軸６０１に隣接するマイクロ波放射部１０８から放射されるマイクロ波量を抑制して、加熱室１０３の中央に載置されたじゃがいものような小さい塊状の被加熱物１０２の下部へのマイクロ波集中を緩和することができる。

なお、実施の形態５のマイクロ波加熱装置の構成において、導波管１０６内の定在波を安定させるために、前述の実施の形態２において説明したように、導波管１０６内に定在波安定手段としての定在波安定部８０１を配置してもよい。

また、実施の形態５のマイクロ波加熱装置の構成において、マイクロ波放射部１０８を閉塞した状態で、導波管１０６の導波管軸方向における電界分布を測定することにより、導波管１０６内の定在波状態を特定し、得られた定在波位置に対応するように対称軸６０１を設定すれば、実験的に対称軸６０１を確定することが可能となる。

また、実施の形態５のマイクロ波加熱装置においては、被加熱物１０２の載置位置として推奨され易い加熱室１０３の中央における加熱効率を向上できるように、下記のように対称軸６０１を設定してもよい。加熱室１０３の中央に加熱基準としたい負荷量の被加熱物１０２（例えば、直径１９センチの円柱容器に入れた１Ｌの水）を載置した状態で、導波管１０６内の電界分布を測定することで導波管１０６内の定在波状態を特定し、そこで得られた定在波位置に対応するように対称軸６０１を設定すれば、加熱基準負荷に対応した対称軸６０１となる。更にそこで得られた定在波状態における節位置に定在波安定部８０１を設定すれば、加熱基準負荷に適合した定在波配置を設定することが可能となる。

なお、実施の形態５の構成においては、加熱室１０３の壁面における凹凸構造や、使用者にとって被加熱物１０２を載置するための利便性などの観点から、被加熱物１０２の推奨載置位置を加熱室１０３の中央としない場合には、その仕様に合わせて、対称軸６０１を加熱室１０３の中心から外れた位置としてもよい。

なお、実験上、開口部の拡大幅の効果は１０％程度大きくすることにより、実際の調理結果として目に見える効果が確認できるため、拡大幅は１０％以上を目安とするとよい。

実施の形態５のマイクロ波加熱装置においては、上記のように、対称軸６０１に隣接するマイクロ波放射部１０８の開口部の幅を、対称軸６０１に隣接しないマイクロ波放射部１０８の開口部の幅よりも大きく設定することにより、小さい塊状の被加熱物１０２の下部へのマイクロ波集中を確実に抑制する構成を有している。この構成は、加熱室中央付近における開口部の開口面積を拡げることに繋がるため、小負荷への加熱集中を抑えるだけでなく、加熱室１０３の中央に置いた負荷の大きい被加熱物１０２（例えば、直径１９センチの円柱容器に入れた１Ｌの水のように、極性分子で構成され、まとまった大きさを持ち、開口部からのマイクロ波を吸収し易い負荷）に対する加熱効率を高める効果もある。

（実施の形態６）
以下、本発明に係る実施の形態６のマイクロ波加熱装置について説明する。実施の形態６のマイクロ波加熱装置において、前述の実施の形態１のマイクロ波加熱装置と異なる点は、マイクロ波放射部の構成である。

以下の実施の形態６のマイクロ波加熱装置の説明においては、実施の形態１〜実施の形態５のマイクロ波加熱装置における構成要素と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、その詳細な説明は実施の形態１〜実施の形態５の説明を適用する。また、実施の形態６における基本的な動作は、前述の実施の形態１〜実施の形態５における動作と同様であるので、以下の説明においては、実施の形態１〜実施の形態５における動作とは異なる動作、作用などについて説明する。

図１６は、本発明に係る実施の形態６のマイクロ波加熱装置における導波管１０６における定在波３０３に対するマイクロ波放射部１０８の配置説明図である。図１６において、（ａ）は定在波状態の導波管１０６を示す側面断面図であり、（ｂ）および（ｃ）は導波管１０６の放射部形成面を示す平面図であり、（ｄ）は（ｃ）に示した放射部形成面において加熱室の中央に被加熱物を載置したときの導波管壁電流の流れを示す図である。

実施の形態６のマイクロ波加熱装置においては、図１６の（ｃ）に示すように、対称軸６０１に隣接するマイクロ波放射部１０８の開口部の間隔を均等配置間隔よりも狭く設定している。図１６の（ｂ）は、複数のマイクロ波放射部１０８の開口部を導波管１０６の放射部形成面に均等配置した場合を示す図である。図１６の（ｃ）は、実施の形態６の構成を示しており、均等配置したときの隣接するマイクロ波放射部１０８の配置間隔が管内波長の４分の１（λｇ／４）より大きい場合、対称軸６０１に隣接するマイクロ波放射部１０８の間隔を均等配置間隔よりも狭く設定した構成を示している。

上記のように、実施の形態６のマイクロ波加熱装置においては、対称軸６０１に隣接するマイクロ波放射部１０８の開口部の間隔を、他のマイクロ波放射部１０８の開口部より狭くすることで、図１６の（ｄ）に示すように、加熱室１０３の中央にじゃがいものような小さい塊状の被加熱物１０２が載置された場合の被加熱物１０２の下部への加熱集中を緩和することができる。この加熱集中の緩和の理由については、図１７および図１８を用いて以下に説明する。

図１７の（ａ）は、図１６の（ｃ）と同じ図であり、対称軸６０１に隣接するマイクロ波放射部１０８の開口部の間隔を均等配置間隔よりも狭く設定した状態を示している。対称軸６０１を間として対向する開口部（５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃ，５０１ｄ）の間隔を狭くした隣接したマイクロ波放射部１０８においては、図１７の（ｂ）および図１７の（ｃ）に示すように、斜めに配置した２組みの開口部（５０１ａ，５０１ｃ、および５０１ｂ，５０１ｄ）に分解できる。そして、斜めに配置された開口部（５０１ａ，５０１ｃ、および５０１ｂ，５０１ｄ）は、一般的に知られている方向性結合器における開口配置と同様の配置となっている。ここでは、被加熱物１０２の下部への加熱集中を緩和できることを説明することを目的としているので、説明を簡略化するため、方向性結合器の原理については、図１８の（ｇ）に示すように、単純な構成を用いて基本的な考え方を説明する。

図１８の（ｇ）は、上下に並行に配置された第１の導波管１８０１と第２の導波管１８０２を示しており、第１の導波管１８０１と第２の導波管１８０２とを第１のマイクロ波放射部１８０３と第２のマイクロ波放射部１８０４により接続された単純な構成である。

図１８においては、並設された第１の導波管１８０１と第２の導波管１８０２が、第１のマイクロ波放射部１８０３と第２のマイクロ波放射部１８０４の２つの開口部により接続された状態を示している。図１８において、１８０５は第１の導波管１８０１の入力部、１８０６は第１の導波管１８０１の出力部、１８０７と１８０８は第２の導波管の出力部である。また、１８０９は第１のマイクロ波放射部１８０３からマイクロ波が直接放射される第１の直接放射位置、１８１０は第２のマイクロ波放射部１８０４から放射されたマイクロ波が第２の導波管の出力部１８０７へ向けて進行して、第１のマイクロ波放射部１８０３に到達した第１の到達位置、１８１１は第２のマイクロ波放射部１８０４からマイクロ波が直接放射される第２の直接放射位置、１８１２は第１のマイクロ波放射部１８０３から放射されたマイクロ波が第２の導波管の出力部１８０８へ向けて進行して、第２のマイクロ波放射部１８０４に到達した第２の到達位置である。

図１８の（ｇ）に示す状態において、図１８の（ａ）は第１のマイクロ波放射部１８０３から直接放射されたマイクロ波の第１の直接放射位置１８０９におけるマイクロ波波形、図１８の（ｂ）は第２のマイクロ波放射部１８０４から放射されたマイクロ波が第１の到達位置１８１０のときのマイクロ波波形、図１８の（ｃ）は図１８の（ａ）と図１８の（ｂ）の合成波形であり、振幅は０となる。振幅が０となる理由は、第１の導波管１８０１の入力部１８０５から伝送されて第２のマイクロ波放射部１８０４により放射されたマイクロ波が、第１の到達位置１８１０に到達する迄に、第１のマイクロ波放射部１８０３から第２のマイクロ波放射部１８０４までの距離（λｇ／４）を往復するため、第１のマイクロ波放射部１８０３から直接放射された第１の直接放射位置のマイクロ波に比べて、半波長（λｇ／２）分の位相がずれて合成されるためである。このため、図１８の（ａ）と図１８の（ｂ）の合成波形は振幅が０となる。なお、この合成波形は第１のマイクロ波放射部１８０３から放射される直上の出力を表すことになる。

一方、図１８の（ｄ）は第２のマイクロ波放射部１８０４から放射されたマイクロ波の第２の直接放射位置１８１１におけるマイクロ波波形、図１８の（ｅ）は第１のマイクロ波放射部１８０３から放射されたマイクロ波が第２の到達位置１８１２に到達したときのマイクロ波波形、図１８の（ｆ）は図１８の（ｄ）と図１８（ｅ）の合成波形であり、振幅は図１８の（ｄ）および図１８の（ｅ）の２倍となる。振幅が２倍となる理由は、第１のマイクロ波放射部１８０３から放射されたマイクロ波が第２の到達位置１８１２へ到達する迄の移動距離が、第２のマイクロ波放射部１８０４から放射されたマイクロ波が第２の直接放射位置１８１１へ到達するまでの距離と同じであり、同位相で合成されるためである。なお、この合成波形は第２のマイクロ波出力部直上の出力を表すことになる。

図１８における（ｃ）および（ｆ）のマイクロ波波形、および（ｇ）の構成を見れば、方向性結合器の特性を利用して、マイクロ波放射部を配置することにより、マイクロ波放射部からの出力は方向性を有して、２つのマイクロ波放射部に挟まれた領域の外側へ向かって放射されることが理解できる。

次に、第１のマイクロ波放射部１８０３と第２のマイクロ波放射部１８０４に挟まれた領域における振幅について図１９を用いて説明する。図１９においても、前述の図１８と同様に単純な構成を用いて考え方を説明する。図１９の（ｄ）は、上下に並行に配置された第１の導波管１８０１と第２の導波管１８０２を示しており、第１の導波管１８０１と第２の導波管１８０２とを第１のマイクロ波放射部１８０３と第２のマイクロ波放射部１８０４により接続された単純な構成である。

図１９において、１９０１は第１のマイクロ波放射部１８０３と第２のマイクロ波放射部１８０４との間の中点を含む伝送方向に直交する中心線である。図１９の（ａ）は第１のマイクロ波放射部１８０３から放射されたマイクロ波が第２の導波管１８０２の出力部１８０８へ向けて進行して、中心線１９０１へ到達した時のマイクロ波波形、図１９の（ｂ）は第２のマイクロ波放射部１８０４から放射されたマイクロ波が第２の導波管１８０２の出力部１８０７へ向けて進行して、中心線１９０１へ到達した時のマイクロ波波形、図１９の（ｃ）は図１９の（ａ）および図１９の（ｂ）の合成波形である。合成された波の振幅は、図１９の（ａ）および図１９の（ｂ）の単独の振幅より大きく、方向性結合後の２倍の振幅よりも小さくなる。

したがって、マイクロ波放射部（１８０３，１８０４）の開口部を、方向性結合器の特性を利用した配置とした場合には、第１のマイクロ波放射部１８０３と第２のマイクロ波放射部１８０４に挟まれた領域の外側に放射方向が拡げられる上に、挟まれた領域の合成振幅もやや弱くなる。このため、２つのマイクロ波放射部（１８０３と１８０４）の間に、じゃがいものような小さい塊状の被加熱物が置かれたとき、その被加熱物の下部へのマイクロ波集中を緩和することが可能となる。

なお、実際のマイクロ波加熱装置では、第１の導波管１８０１のマイクロ波放射部１８０３から放射される先は、第２の導波管１８０２ではなく広い空間を持つ加熱室１０３である。このため、この広い空間を伝搬するマイクロ波の波長は導波管の管内波長（λｇ）ではなく、マイクロ波供給部の発振波長（λ）となる。したがって、２つのマイクロ波放射部が、管内波長（λｇ）の４分の１波長となる距離に配置されていても、理想的な方向性結合状態にはならない場合がある。また、２つのマイクロ波放射部の間隔は、マイクロ波放射部における開口部の形状（大きさ）の制約により、４分の１波長まで近づけることができない場合もある。

しかしながら、このような場合においても、対称軸６０１（図１６参照）に隣接するマイクロ波放射部１０８の開口部の間隔を、均等配置のときの間隔よりも、管内波長の４分の１波長にできる限り近づけるように狭く設定した構成とすることが好ましい。このように構成することにより、図１６の（ｄ）に示したように、加熱室１０３の中央にじゃがいものような小さい塊状の被加熱物１０２が載置した際に、被加熱物１０２の下部への加熱集中を緩和できる。このことは実験的に確認されている。

以上のように、実施の形態６のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部１０８を均等配置した時における隣接するマイクロ波放射部１０８の間隔が管内波長の４分の１（λｇ／４）より大きい場合には、対称軸６０１に隣接するマイクロ波放射部１０８の間隔を均等配置間隔よりも狭くすることにより、マイクロ波放射部１０８からのマイクロ波放射方向を変更し、加熱室１０３の中央部に載置された小さい塊状の被加熱物１０２の下部へのマイクロ波集中を緩和することができる。

なお、実施の形態６のマイクロ波加熱装置の構成において、導波管１０６内の定在波を安定させるために、前述の実施の形態２において説明したように、導波管１０６内に定在波安定手段としての定在波安定部８０１を配置してもよい。

また、実施の形態６のマイクロ波加熱装置の構成において、マイクロ波放射部１０８を閉塞した状態で、導波管１０６の導波管軸方向における電界分布を測定することにより、導波管１０６内の定在波状態を特定し、得られた定在波位置に対応するように対称軸６０１を設定すれば、実験的に対称軸６０１を確定することが可能となる。

また、実施の形態６のマイクロ波加熱装置においては、被加熱物１０２の載置位置として推奨され易い加熱室１０３の中央における加熱効率を向上できるように、下記のように対称軸６０１を設定してもよい。加熱室１０３の中央に加熱基準としたい負荷量の被加熱物１０２（例えば、直径１９センチの円柱容器に入れた１Ｌの水）を載置した状態で、導波管１０６内の電界分布を測定することで導波管１０６内の定在波状態を特定し、そこで得られた定在波位置に対応するように対称軸６０１を設定すれば、加熱基準負荷に対応した対称軸６０１となる。更にそこで得られた定在波状態における節位置に定在波安定部８０１を設定すれば、加熱基準負荷に適合した定在波配置を設定することが可能となる。

なお、実施の形態６の構成において、加熱室１０３の壁面における凹凸構造や、使用者にとって被加熱物１０２を載置するための利便性などの観点から、被加熱物１０２の推奨載置位置を加熱室１０３の中央としない場合には、その仕様に合わせて、対称軸６０１を加熱室１０３の中心から外れた位置としてもよい。

実施の形態６のマイクロ波加熱装置においては、上記のように、対称軸６０１に隣接するマイクロ波放射部１０８の間隔を均等配置間隔よりも狭くすることにより、マイクロ波放射部１０８からのマイクロ波放射方向を変更し、加熱室１０３の中央部に載置された小さい塊状の被加熱物１０２の下部へのマイクロ波集中を緩和する構成を有している。この構成は、加熱室中央付近における開口部の開口面積を同一にできるため、小負荷への加熱集中を抑えるだけでなく、加熱室中央に置いた負荷の大きい被加熱物１０２（例えば、直径１９センチの円柱容器に入れた１Ｌの水のように、極性分子で構成され、まとまった大きさを持ち、開口部からのマイクロ波を吸収し易い負荷）に対する加熱効率を維持する効果もある。

本発明に係るマイクロ波加熱装置は、導波管内を伝送するマイクロ波を定在波状態とし、この状態において導波管の管壁を流れる導波管壁電流をマイクロ波放射部が対称性を有して遮るように配置されている。このように構成された本発明に係るマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部からのマイクロ波が加熱室内に放射されて被加熱物の加熱を行うとき、マイクロ波放射部から対称性を有したマイクロ波放射を行うことができ、駆動機構を用いることなく、均一な加熱分布を被加熱物に対して行うことが可能となる。

また、本発明に係るマイクロ波加熱装置においては、対称性を有するマイクロ波放射を行うように設定した対称軸を、加熱室の中央に配置することにより、加熱室内で反射して被加熱物に供されるマイクロ波にも対称性をもたせることができる。

さらに、本発明に係るマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部からマイクロ波が放射されることにより、定在波のバランスが崩れて定在波の腹や節の位置が移動することがないように、振幅が０点（節）を作る機能を備えた定在波安定手段である定在波安定部を設けている。この定在波安定部が、導波管における定在波の節に対応する位置に固定して、定在波の発生位置を安定させている。このように定在波安定部が設けられているため、マイクロ波放射部と導波管壁電流との位置関係において所望の状態が保持されて、安定した均一加熱分布を継続して形成することが可能となる。

また、導波管内において、複数の定在波安定部の間隔が、マイクロ波供給部から導波管内に伝送しているマイクロ波の管内波長の略半分に設定されているため、定在波安定部により維持される定在波が、導波管内で存在し易い波長となり、無理なく形成することができる。このため、本発明のマイクロ波加熱装置は、高効率でのマイクロ波伝送が可能となり、均一な加熱分布を高効率な状態で行うことができる。

また、本発明に係るマイクロ波加熱装置は、マイクロ波放射部を、円偏波を放射する形状とすることにより、マイクロ波放射部から拡がりをもったマイクロ波が加熱室内に放射されて、被加熱物へのマイクロ波の放射をより広い範囲で均一化することができる。

また、導波管におけるマイクロ波供給部から終端部までのマイクロ波伝送距離を管内波長の４分の１（λｇ／４）の整数倍とすることにより、導波管内に存在し易い波長を有する定在波を発生させることができる。このため、本発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波放射部からマイクロ波放射を行われても定在波を安定して導波管内に維持することができる。

また、本発明に係るマイクロ波加熱装置は、マイクロ波放射部の開口部が対称軸と交差しない位置に形成されているため、加熱室の中央部に載置されたじゃがいものような小さい塊状の被加熱物に対して、マイクロ波が開口部から被加熱物に直接放射されて被加熱物下部にマイクロ波が集中するような状況を防止することができる。

また、本発明に係るマイクロ波加熱装置は、対称軸に隣接するマイクロ波放射部の開口部の幅を、対称軸に隣接しないマイクロ波放射部の開口部の幅よりも大きく設定することにより、マイクロ波放射部から放射されるマイクロ波の量を抑えて、加熱室の中央部に載置されたじゃがいものような小さい塊状の被加熱物の下部へのマイクロ波集中を緩和することができる。

また、本発明に係るマイクロ波加熱装置は、対称軸に隣接するマイクロ波放射部の間隔を、均等配置した場合の間隔よりも狭くすることにより、マイクロ波放射部からのマイクロ波放射方向を変更し、加熱室の中央部に載置されたじゃがいものような小さい塊状の被加熱物の下部へのマイクロ波集中を緩和することができる。

本発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を被加熱物に均一に照射することができるため、食品の加熱加工や殺菌などを行うマイクロ波加熱装置などに有効に利用することができる。

１０１筐体
１０２被加熱物
１０３加熱室
１０４載置部
１０５マイクロ波供給部
１０６導波管
１０７終端部
１０８マイクロ波放射部
２０１扉
３０１導波管内定在波腹位置
３０２マイクロ波伝送方向
３０３定在波
５０１開口部
５０２電流（導波管壁電流）
５０３電界
５０４磁界
５０５マイクロ波放射方向
６０１対称軸
７０１マイクロ波伝送方向における加熱室中央
７０２導波管軸
８０１定在波安定部

Claims

被加熱物を収納する加熱室と、
前記加熱室にマイクロ波を供給するためのマイクロ波供給部と、
前記マイクロ波供給部から供給されたマイクロ波を前記加熱室へ伝送するための導波管と、
前記導波管内を伝送したマイクロ波を前記加熱室内へ放射するための複数のマイクロ波放射部と、を備え、
前記導波管内を伝送するマイクロ波が終端部において反射して、前記導波管内に定在波が発生した状態において、
前記複数のマイクロ波放射部は、前記加熱室に対向する前記導波管の管壁において、前記定在波により生じる前記管壁に流れる導波管壁電流と、当該マイクロ波放射部との交差位置が対称となる対称軸を有するよう配置されたマイクロ波加熱装置。
前記対称軸は、前記導波管のマイクロ波伝送方向における前記加熱室の中央に配置された請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
前記導波管内における前記定在波の発生位置を安定させるために、前記導波管内に定在波安定部を備えた請求項１または２に記載のマイクロ波加熱装置。
前記定在波安定部は、前記定在波の節に対応する位置に複数設けられており、前記定在波安定部の間隔が、前記マイクロ波供給部から前記導波管に供給されて導波管内を伝送しているマイクロ波の管内波長の略半分に設定された請求項３に記載のマイクロ波加熱装置。
前記マイクロ波放射部は、円偏波を放射する開口形状を有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
前記導波管における前記マイクロ波供給部から前記終端部までのマイクロ波伝送距離が、前記導波管内を伝送しているマイクロ波の管内波長の４分の１の整数倍となるよう構成された請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
前記マイクロ波放射部は、前記導波管に形成された開口部で構成されており、前記開口部は前記対称軸と交差しない位置に形成された請求項１乃至６のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
前記対称軸に隣接する前記マイクロ波放射部の開口部の幅が、前記対称軸に隣接しない前記マイクロ波放射部の開口部の幅よりも大きく設定された請求項７に記載のマイクロ波加熱装置。
前記複数のマイクロ波放射部が均等配置された場合において、隣接する前記マイクロ波放射部の間隔が前記導波管内を伝送しているマイクロ波の管内波長の４分の１より大きいとき、前記対称軸に隣接する前記マイクロ波放射部の間隔を前記均等配置した場合の間隔よりも狭くするよう構成された請求項７または８に記載のマイクロ波加熱装置。