JPWO2018037803A1 - 高周波加熱装置 - Google Patents

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Abstract

高周波加熱装置(1a)は、第1生成部(8)と表面波励振体(9)と第1結合部(12)とを備える。第1生成部(8)はマイクロ波を生成する。表面波励振体(9)は、マイクロ波の伝播方向に所定間隔で周期的に配置された複数の金属板(11)を有し、マイクロ波を表面波モードで伝播させて加熱対象物(6)を加熱する。第1結合部(12)は、第1生成部(8)により生成されたマイクロ波が第1結合部(12)を介して表面波励振体(9)に供給されるように、マイクロ波の伝播方向(D)における表面波励振体(9)の中間部に設けられる。本態様によれば、加熱対象物をより均一に加熱することができる。

Description

本開示は、電子レンジなどの高周波加熱装置に関する。
従来、表面波伝送線路にマイクロ波を供給して、食品などの加熱対象物を加熱する高周波加熱装置が開発されている。
例えば、特許文献1は、表面波伝送線路に直接的にマイクロ波を供給することで、表面波伝送線路に載置された冷凍寿司を解凍する高周波加熱装置を開示する。
特開平8−166133号公報
高周波加熱装置の分野では、加熱対象物をより均一に加熱することが長年の課題である。本開示は、上記課題の解決に寄与する高周波加熱装置を提供することを目的とする。
本開示の一態様の高周波加熱装置は、第1生成部と表面波励振体と第1結合部とを備える。第1生成部はマイクロ波を生成する。表面波励振体は、マイクロ波の伝播方向に所定間隔で周期的に配置された複数の金属板を有し、マイクロ波を表面波モードで伝播させて加熱対象物を加熱する。第1結合部は、第1生成部により生成されたマイクロ波が第1結合部を介して表面波励振体に供給されるように、マイクロ波の伝播方向における表面波励振体の中間部に設けられる。
本開示の高周波加熱装置によれば、加熱対象物をより均一に加熱することができる。
図1は、実施の形態1に係る高周波加熱装置の構成を模式的に示す縦断面図である。 図2は、実施の形態1に係る高周波加熱装置の構成を模式的に示す横断面図である。 図3は、図2に示す横断面図上において、表面波モードのマイクロ波が表面波励振体を伝播する様子を模式的に示す図である。 図4は、本開示の実施の形態2に係る表面波伝送線路の構成を示すブロック図である。 図5は、本開示の実施の形態3に係る表面波伝送線路の構成を示すブロック図である。 図6は、本開示の実施の形態4に係る表面波伝送線路の構成を示すブロック図である。
本開示の第1の態様の高周波加熱装置は、第1生成部と表面波励振体と第1結合部とを備える。
第1生成部はマイクロ波を生成する。表面波励振体は、マイクロ波の伝播方向に所定間隔で周期的に配置された複数の金属板を有し、マイクロ波を表面波モードで伝播させて加熱対象物を加熱する。第1結合部は、第1生成部により生成されたマイクロ波が第1結合部を介して表面波励振体に供給されるように、マイクロ波の伝播方向における表面波励振体の中間部に設けられる。
本開示の第2の態様の高周波加熱装置は、第1の態様に加えて、第2結合部と第3結合部とを備える。第2結合部は、マイクロ波の伝播方向における表面波励振体の一方の端部に設けられる。第3結合部は、マイクロ波の伝播方向における表面波励振体の他方の端部に設けられる。
本開示の第3の態様の高周波加熱装置は、第2の態様に加えて、分配器をさらに備える。分配器は、第1生成部により生成されたマイクロ波を、第1結合部と第2結合部と第3結合部とに分配する。
本開示の第4の態様の高周波加熱装置は、第2の態様に加えて、第2生成部と第3生成部とをさらに備える。第2生成部は、第1生成部により生成されたマイクロ波とは異なる周波数を有するマイクロ波を生成し、第2結合部に供給する。第3生成部は、第1生成部により生成されたマイクロ波とは異なる周波数を有するマイクロ波を生成し、第3結合部に供給する。
本開示の第5の態様の高周波加熱装置によれば、第4の態様において、第2生成部により生成されたマイクロ波が、第3生成部により生成されたマイクロ波と異なる周波数を有する。
本開示の第6の態様の高周波加熱装置は、第2の態様に加えて、第2生成部と分配器とをさらに備える。第2生成部は、第1生成部により生成されたマイクロ波とは異なる周波数を有するマイクロ波を生成する。分配器は、第2生成部により生成されたマイクロ波を、第2結合部と第3結合部とに分配する。
本開示の第7の態様の高周波加熱装置によれば、第6の態様において、第2生成部により生成されたマイクロ波が、第1生成部により生成されたマイクロ波と異なる周波数を有する。
以下、本開示に係る高周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。本開示の高周波加熱装置は、具体的には電子レンジである。しかし、本開示の高周波加熱装置はこれ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、半導体製造装置などを含む。
以下の説明において、同一または同等の構成要素には同じ参照符号を付し、重複する説明を省略する。
(実施の形態1)
<全体構成>
図1、図2はそれぞれ、本開示の実施の形態1に係る高周波加熱装置1aの構成を模式的に示す縦断面図、横断面図である。
図1、図2に示すように、高周波加熱装置1aは、加熱室2と生成部8と表面波励振体9と結合部12と制御部14とを備える。表面波励振体9は、中間部に設けられた結合部12と、結合部12を挟んで設けられた表面波励振体9aと表面波励振体9bとを含む。
高周波加熱装置1aは、表面波励振体9の表面を表面波モードで伝播するマイクロ波を用いて、載置台4の上に載置された加熱対象物6(本実施の形態では加熱対象物6a、6b)を加熱するように構成される。
以下、それぞれの構成要素について説明する。
<生成部>
生成部8は、マグネトロンとインバータとを有し、制御部14に制御されてマイクロ波を生成するように構成される。生成部8は、マグネトロンとインバータとの代わりに、例えば、固体発振器と電力増幅器とを有してもよい。本実施の形態において、生成部8は第1生成部に相当する。
なお、図2は、表面波モードのマイクロ波が表面波励振体9を伝播する様子、および、載置台4(図2では不図示)上の加熱対象物6の載置位置を模式的に示している。
<表面波励振体>
表面波励振体9は、載置台4の下方に設けられる。表面波励振体9は、マイクロ波を表面波モードで伝播させて、載置台4に載置された加熱対象物6を加熱する。
表面波励振体9は、周期構造を有するスタブ型表面波励振体である。表面波励振体9は、金属板13上に所定間隔で配置された複数の金属板11を有する。
表面波励振体9の励振周波数は、材料、寸法などに依存する。スタブ型表面波励振体の場合、金属板11の高さ、間隔などを適切に選択することで、励振周波数を所望の値に設定することができる。一般的に、表面波励振体9の励振周波数は、金属板11の高さが低いほど高く、金属板11の間隔が狭いほど高い。
金属板11の各々は、互いに平行に配置される。表面波励振体9a、9bは、金属板11に垂直な方向、すなわち金属板11の配列方向に表面波を伝播させる。表面波励振体9a、9b上を、表面波モードで伝播するマイクロ波の伝播方向D(図中の左右方向)は、金属板11の配列方向と一致する。
<結合部>
表面波励振体9a、9bの間には間隙が設けられる。その間隙に、表面波励振体9a、9bにマイクロ波を供給するための結合部12が設けられる。表面波励振体9a、9bの間の間隙は、マイクロ波の伝播方向Dにおける表面波励振体9の中間部に位置する。
本実施の形態では、結合部12が設けられた中間部は、マイクロ波の伝播方向Dにおける表面波励振体9のちょうど真ん中に位置する。しかし、中間部は、マイクロ波の伝播方向Dにおける表面波励振体9全体の端部を除く部分であればよい。本実施の形態において、結合部12は第1結合部に相当する。
本実施の形態では、マイクロ波は、結合部12を介して表面波励振体9aの右端と表面波励振体9bの左端とに供給される。
図1、図2は、箱形状の形状を有する結合部12を示す。しかし、表面波励振体9にマイクロ波を供給できるものであれば、結合部12の形状は任意である。
<表面波励振体の作用>
表面波励振体9の作用について、図3を用いて説明する。図3は、図2に示す横断面図において、表面波モードのマイクロ波が表面波励振体9を伝播する様子、および、載置台4(図3では不図示)上の加熱対象物6の載置位置を模式的に示している。
図3に示すように、生成部8により生成されたマイクロ波は、結合部12を介して表面波励振体9a、9bに供給される。
表面波励振体9aは、表面波励振体9bから離れる方向(伝播方向D1)に、表面波S1を伝播させる。表面波励振体9bは、表面波励振体9aから離れる方向(伝播方向D2)に表面波S2を伝播させる。すなわち、伝播方向D1、D2は互いに反対方向である。
マイクロ波の伝播方向Dにおける表面波励振体9の中間部にマイクロ波を供給することにより、互いに離れる方向に伝播する二つの表面波S1、S2が発生する。
表面波励振体9aを伝播する表面波S1が、表面波励振体9aに近接して載置された加熱対象物6aを加熱する。表面波励振体9bを伝播する表面波S2が、表面波励振体9bに近接して載置された加熱対象物6bを加熱する。
表面波S1、S2の一部が加熱対象物6に吸収されたり、結合部12からの距離が遠くなったりすることで、表面波S1、S2の強度は低下する。しかし、基本的に表面波S1、S2は略同程度の強度分布を有し、加熱対象物6a、6bを同程度に加熱する。
従来の高周波加熱装置は、マイクロ波の伝播方向における表面波励振体の端部のみからマイクロ波を供給する構成を有する。従来の構成では、表面波は伝播方向に進むにつれて、マイクロ波の強度は指数関数的に低下し、加熱ムラが大きくなる。
この現象は、大きな加熱対象物を加熱する場合、および、図1、図2に示すような複数の加熱対象物を同時に加熱する場合に顕著である。
本実施の形態では、マイクロ波の伝播方向Dにおける表面波励振体9の中間部に、結合部12が設けられる。表面波励振体9は、マイクロ波が結合部12を介して供給されると、中間部から一方の端部に伝播する表面波S1と、中間部から他方の端部に伝播する表面波S2とを生成する。
本実施の形態によれば、表面波励振体9の一方の端部のみからマイクロ波を供給する場合に比べて、表面波S1、S2により加熱対象物6a、6bをより均一に加熱することができる。
(実施の形態2)
本開示の実施の形態2に係る高周波加熱装置1bについて、実施の形態1との相違点を中心に説明する。図4は、高周波加熱装置1bの構成を模式的に示す横断面図である。図4は、表面波モードのマイクロ波が表面波励振体9を伝播する様子、および、載置台4(図4では不図示)上の加熱対象物6の載置位置を模式的に示している。
図4に示すように、高周波加熱装置1bは、実施の形態1の構成に加えて、結合部22、24と分配器26とをさらに備える。
結合部22、24は、生成部8により生成されたマイクロ波が表面波励振体9に供給されるように、マイクロ波の伝播方向Dにおける表面波励振体9の両端にそれぞれ設けられる。本実施の形態において、結合部22、24は第2、3結合部にそれぞれ相当する。
具体的には、結合部22は、マイクロ波が表面波励振体9aに供給されるように、表面波励振体9aの表面波励振体9bと反対側の端部に設けられる。結合部24は、マイクロ波が表面波励振体9bに供給されるように、表面波励振体9bの表面波励振体9aと反対側の端部に設けられる。
結合部22を介して供給されたマイクロ波は、表面波励振体9a上を表面波励振体9aの左端から結合部12に向かう伝播方向D2に伝播する表面波S3となる。結合部24を介して供給されたマイクロ波は、表面波励振体9b上を表面波励振体9bの右端から結合部12に向かう伝播方向D1に伝播する表面波S4となる。
分配器26は、生成部8により生成されたマイクロ波を分配する。図4に示すように、分配器26はマイクロ波を分配し、結合部12、22、24に供給する。すなわち、結合部12、22、24には、同一周波数のマイクロ波が供給される。分配器26の具体例には、ウィルキンソン型分配器、ハイブリッドカプラ、抵抗分配器などが含まれる。
本実施の形態によれば、表面波S1、S3により加熱対象物6aが加熱され、表面波S2、S4により加熱対象物6bが加熱される。その結果、加熱対象物6a、6bは、実施の形態1に比べて、より均一に加熱される。
本実施の形態では、生成部8により生成されたマイクロ波が、結合部12、22、24を介して表面波励振体9に供給される。このため、一つの結合部に専用の生成部が設けられる場合に比べて構成を簡素化することができ、製造コストを低減することができる。
(実施の形態3)
本開示の実施の形態3に係る高周波加熱装置1cについて、実施の形態2との相違点のみ説明する。図5は、高周波加熱装置1cの構成を模式的に示す横断面図である。図5は、表面波モードのマイクロ波が表面波励振体9を伝播する様子、および、載置台4(図5では不図示)上の加熱対象物6の載置位置を模式的に示している。
図5に示すように、高周波加熱装置1cは、生成部32と生成部34とをさらに備える。高周波加熱装置1cは、制御部14の代わりに、生成部8、32、34を制御するように構成された制御部36を備える。
高周波加熱装置1cは、分配器26を備えず、生成部32と生成部34とにそれぞれ接続された結合部22、24を備える。本実施の形態において、生成部32、34は第2、第3生成部にそれぞれ相当する。
本実施の形態によれば、結合部12を介して供給されたマイクロ波に由来する表面波S1、S2に加え、結合部22、24を介して供給されたマイクロ波に由来する表面波S3、S4により、加熱対象物6a、6bが加熱される。
本実施の形態では、生成部8、32、34が、結合部12、22、24にそれぞれ接続される。このため、生成部8、32、34により生成された互いに異なる周波数のマイクロ波を、結合部12、22、24にそれぞれ供給することができる。表面波S3は、表面波S1、S2とは異なる周波数を有することができ、表面波S4は、表面波S1、S2とは異なる周波数を有することができる。
これにより、表面波S1と表面波S3とは互いに干渉を起こさず、定在波の発生が抑制される。表面波S2と表面波S4とは互いに干渉を起こさず、定在波の発生が抑制される。各周波数における加熱特性が合成されて、加熱対象物6をより効率的に加熱する加熱特性を得ることができる。
(実施の形態4)
本開示の実施の形態4に係る高周波加熱装置1dについて、実施の形態3との相違点のみ説明する。図6は、高周波加熱装置1dの構成を模式的に示す横断面図である。図6は、表面波モードのマイクロ波が表面波励振体9を伝播する様子、および、載置台4(図6では不図示)上の加熱対象物6の載置位置を模式的に示している。
図6に示すように、高周波加熱装置1dは、生成部32、34の代わりに生成部42を備える。高周波加熱装置1dは、制御部36の代わりに、生成部8、42を制御するように構成された制御部46を備える。
高周波加熱装置1dは、生成部42により生成されたマイクロ波を分配し、結合部22,24に供給するように構成された分配器44を備える。本実施の形態において、生成部42は第2生成部に相当する。
本実施の形態によれば、結合部12により供給されたマイクロ波に由来する表面波S1、S2に加え、結合部22、24により供給されたマイクロ波に由来する表面波S3、S4により、加熱対象物6a、6bが加熱される。
本実施の形態では、生成部8が結合部12に接続され、生成部42が、分配器44を介して結合部22、24に接続される。このため、生成部8、42により生成された互いに異なる周波数のマイクロ波を、結合部12と、結合部22、24とにそれぞれ供給することができる。表面波S3、S4は、表面波S1、S2とは異なる周波数を有することができる。
これにより、表面波S1と表面波S3とは互いに干渉を起こさず、定在波の発生が抑制される。表面波S2と表面波S4とは互いに干渉を起こさず、定在波の発生が抑制される。各周波数における加熱特性が合成されて、加熱対象物6をより効率的に加熱する加熱特性を得ることができる。
本実施の形態では、結合部12に対応して生成部8が設けられ、結合部22、24に対応して生成部42が設けられる。このため、一つの結合部に専用の生成部が設けられる場合に比べて構成を簡素化することができ、製造コストを低減することができる。
以上、実施の形態1〜4について説明したが、本開示はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
実施の形態1〜4では、マイクロ波の伝播方向Dにおける表面波励振体9の中間部に、結合部12が設けられる。しかし、複数の結合部が、表面波励振体9の中間部に設けられてもよい。
実施の形態1〜4では、表面波励振体9が、その中間部の間隙に設けられた結合部12を有する。しかし、結合部12が表面波励振体の中間部に設けられさえすれば、表面波励振体9は、必ずしも中間部に間隙を有する必要はない。
実施の形態2〜4では、結合部22、24が、表面波励振体9の両端にそれぞれ設けられる。しかし、一つの結合部が、表面波励振体9の片側の端部のみに設けられてもよい。
実施の形態3では、生成部8、32、34が、互いに周波数の異なるマイクロ波を生成する。しかし、これらのマイクロ波が同一の周波数を有する場合もあり得る。
上述の通り、本開示は、電子レンジ、乾燥装置、陶芸用加熱装置、生ゴミ処理機、半導体製造装置などに適用可能である。
1a,1b,1c,1d 高周波加熱装置
2 加熱室
4 載置台
6,6a,6b 加熱対象物
8 生成部(第1生成部)
9,9a,9b 表面波励振体
11,13 金属板
12 結合部(第1結合部)
14,36,46 制御部
22 結合部(第2結合部)
24 結合部(第3結合部)
26,44 分配器
32 生成部(第2生成部)
34 生成部(第3生成部)
42 生成部(第2生成部)

Claims (7)

  1. マイクロ波を生成するように構成された第1生成部と、
    前記マイクロ波の伝播方向に所定間隔で周期的に配置された複数の金属板を有し、前記マイクロ波を表面波モードで伝播させて加熱対象物を加熱するように構成された表面波励振体と、
    前記第1生成部により生成された前記マイクロ波が前記表面波励振体に供給されるように、前記マイクロ波の伝播方向における前記表面波励振体の中間部に設けられた第1結合部と、を備えた高周波加熱装置。
  2. 前記マイクロ波の伝播方向における前記表面波励振体の一方の端部に設けられた第2結合部と、
    前記マイクロ波の伝播方向における前記表面波励振体の他方の端部に設けられた第3結合部と、をさらに備えた請求項1に記載の高周波加熱装置。
  3. 前記第1生成部により生成された前記マイクロ波を、前記第1結合部と前記第2結合部と前記第3結合部とに分配するように構成された分配器をさらに備えた請求項2に記載の高周波加熱装置。
  4. 前記第1生成部により生成された前記マイクロ波とは異なる周波数を有するマイクロ波を生成し、前記第2結合部に供給するように構成された第2生成部と、
    前記第1生成部により生成された前記マイクロ波とは異なる周波数を有するマイクロ波を生成し、前記第3結合部に供給するように構成された第3生成部と、をさらに備えた請求項2に記載の高周波加熱装置。
  5. 前記第2生成部により生成された前記マイクロ波が、前記第3生成部により生成された前記マイクロ波と異なる周波数を有する請求項4に記載の高周波加熱装置。
  6. 前記第1生成部により生成された前記マイクロ波とは異なる周波数を有するマイクロ波を生成する第2生成部と、
    前記第2生成部により生成された前記マイクロ波を、前記第2結合部と前記第3結合部とに分配するように構成された分配器と、をさらに備えた請求項2に記載の高周波加熱装置。
  7. 前記第2生成部により生成された前記マイクロ波が、前記第1生成部により生成された前記マイクロ波と異なる周波数を有する請求項6に記載の高周波加熱装置。
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