WO2000003564A1

WO2000003564A1 - Unite a impedance variable, dispositif l'utilisant, et four a micro-ondes

Info

Publication number: WO2000003564A1
Application number: PCT/JP1999/003661
Authority: WO
Inventors: Tomotaka Nobue; Akemi Fukumoto; Akira Ahagon; Tomoko Tani; Koji Yoshino
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2000-01-20
Also published as: EP1096833A1; KR100380313B1; CN1313021A; EP1096833B1; CN1144506C; EP1096833A4; KR20010079514A

Description

明細書インピーダンス可変ュニットとそれを用いたマイク口波装置および高周波加

技術分野

本発明は、マイク口波を伝送する導波管あるいはマイク口波を閉じ込めるマイク口波装置に併設して使用され、それらの構造体内を伝搬するマイクロ波に作用しその伝搬内容を変化させるインピーダンス可変ユニットと、それを用いたマイクロ波装置、および、高周波加熱装置に関する。背景技術

従来の導波管を伝搬するマイク口波の伝搬内容を変化させる手段としては、導波管のマイク口波の伝送装置内に金属部材を介在させて導波管内にィンピーダンスとして容量性成分あるいは誘導性成分を付加させる方法がある。例えば、導波管の H面（幅広壁面）から金属部材を E面（幅狭壁面）に略平行方向に挿入して導波管内に容量成分を付加させることにより、導波管内を伝搬するマイク口波の伝送特性を変化させるものがある。

このような構成の導波管の場合、マイクロ波の伝送特性を変化させるために、導波管内に介在させる金属部材は導波管を形成する金属壁面を介して可動される' 構成である。その可動部材である金属部材と導波管管壁との間には、その間にスパークが発生することを解消するための工夫や所定の間隙を設けることがなされている。また、所定の間隙を設けることに対しては、間隙部からのマイクロ波のリークを防止するために電波遮蔽機構が付帯されている。したがって、従来のこの種の導波管においては、金属部材を可動させる構成が複雑で大型の構造を要していた。

また、マイク口波空間内におけるマイク口波の伝搬内容を変化させる手段として、例えば、マイクロ波空間へのマイクロ波供給部の位置あるいはマイクロ波空間との結合方法（磁界結合あるいは電界結合）を変えることによって、マイクロ波空間内に発生させる定在波分布を変化させる方法がある。

このような構成からなるマイクロ波空間において、空間内の定在波分布を変更させる場合、供給部の位置あるいは結合方法を物理的に変えることが必要であり、時間的に連続して定在波分布を可変させることが困難であった。

さらには、高周波加熱装置において、被加熱物を収納するマイクロ波空間内に設けた金属羽根を回転させてマイクロ波を乱反射させるス夕一ラー方式がある。このスターラーは、羽根に入射したマイク口波の反射方向を四方八方に反射させるものであり、特定領域に向けて反射させることは難しい。このため、被加熱物の特定領域を選択的に誘電加熱することは困難である。

さらにまた、高周波加熱装置においては、マイクロ波空間内に収納した被加熱物を回転させるターンテーブル方式がある。このターンテーブル方式は、マイク口波空間内に生じた定在波分布に対して被加熱物自身を移動させることで被加熱物の加熱の均一化を促進させるのであり、被加熱物の加熱の均一化はマイク口波空間内に生じた定在波分布に依存する。そしてターンテーブル方式はマイクロ波空間内の定在波分布自体を積極的に変化させるものではない。

さらにまた、特開平 8— 3 3 0 0 6 6号公報の高周波加熱装置は、マイク口波空間の壁面に流れる高周波電流の流れる方向を可変させて、マイク口波空間内に生じる励振モードを切換える技術を開示している。この技術は、同一面上に複数個の開口を列配設した板体を用い、前記板体面をマイクロ波空間壁面と略同一面上に配置させ、板体を回転駆動させる構成としている。そして、板体を回転させ、開口の長軸の向きを変えることで、マイクロ波空間壁面を流れる高周波電流の方向を変えている。この高周波電流の方向を変えることは空間内の励振モードを変更させるものである。これは、被加熱物に適応した励振モードを選択して被加熱物に合った加熱分布を得ようとするものである。

しかしながら、この技術は開口を回転させる構成であり、マイクロ波空間内で金属部材を回転させることに付随するスパーク発生の防止が必要である。このため、スパーク防止機構などが構造の複雑ィ匕を伴っている。また、マイクロ波空間に放射されたマイクロ波の波長に対して、開口の長軸寸法は波長寸法の 1 2以上の開口を必要とする。この開口を回転させるために必要な回転領域は、開口を配設したマイクロ波空間の一壁面上で大きな面積を占める。このような構造の場合、開口あるいはスパーク防止用の間隙の影響を受けて、マイクロ波空間内に生じ得る励振モードが限定されてしまい、被加熱物に合った加熱分布を得ることが大変困難であった。発明の開示

本発明は、上記課題を解決するもので、スパーク発生の課題を解決するとともに、コンパクトな構成でかつ制御性の高いインピーダンス可変ュニットを提供する。本発明は、マイクロ波空間を規定する壁面に前記インピーダンス可変ュニットを配設してその壁面のインピーダンスを可変制御することにより、マイクロ波空間内部に生じる定在波分布を時間的に連続に可変するマイクロ波装置、および、そのマイクロ波装置を用いて被加熱物の選択加熱あるいは均一加熱を可能にした高周波加熱装置を提供する。

本発明のインピーダンス可変ュニットは、一端は終端し他端を開放した導波部と、前記導波部内に設けた可動体と、前記可動体を駆動する可動体駆動手段とを備え、前記可動体を駆動制御して前記導波部の開放端におけるインピーダンスを可変することとしている。そのため、任意のマイクロ波空間の境界面に本ュニットの作用面を結合することで作用面からの電波リ一クの問題を解消する。

また本発明のインピーダンス可変ュニットは、前記導波部内の伝搬モードを T E n 0 ( nは正の整数）とすることで開放端から入射したマイクロ波の可動体への作用を nの数値に独立して一様化できる。したがって、作用面の拡大の設計変更を容易に行なうことができる。

さらに、前記可動体は、前記導波部の終端面との間隔を規定した回転軸を中心に回転させて、可動体の可動空間をより小さい空間に限定できるのでコンパクトなュニッ卜の構成で開放端のインピーダンスを可変制御することができる。 · さらにまた、前記可動体は前記導波部の終端面との間隔を可変して可動させることにより、開放端のインピーダンス可変範囲を広く選択できる。

さらに、前記可動体は非金属材料とすることで導波部との間の絶縁破壊電圧を高くできるので、高パワーのマイクロ波の入力に対して本ュニッ卜の信頼性を保証することができる。

さらに、前記導波部開放端のインピーダンスが零の時、開放端は金属壁面と同様の作用をさせることができインピーダンス可変ュニッ卜を使用しない場合との特性比較を容易にチェックすることができる。

さらに開放端において導波部内への入射波と導波部からの反射波との位相差を 0度にすることにより、開放端でのマイク口波作用を最大にすることができる。

さらにまた、前記導波部開放端のインピーダンスは零を中心として誘導性成分と容量性成分とのインピーダンスを形成させることができる。このような本ュニットは整合調整用として利用できる。

さらに本発明のインピーダンス可変ュニットは、前記可動体の位置が位置検出手段によって検出されて、導波部開放端におけるマイクロ波作用が前記位置検出手段の信号に基づいて明確に制御されることができる。さらに、マイクロ波検出手段の信号に基づいて可動体の位置を判定することにより、マイクロ波検出手段を兼用して可動体の位置の判定ができるので他の位置検出手段を不要にできる。本発明のインピーダンス可変ュニットは導波部内の定在波分布を検出することで、本ュニッ卜の動作状態を判定し本ュニッ卜の動作の信頼性を保証させることができる。

本発明のインピーダンス可変ュニットは、前記可動体を可動駆動するステツピングモー夕を備えて、各ステップでの滞在時間を自由に制御することで様々なィンピ一ダンス値の組合せを時間因子をも含めて制御することができる。

また、本発明のインピーダンス可変ユニットは、前記導波部の終端面と開放端面とは互いの面でつくる角度が略 9 0度の関係に構成することにより、導波部の長さが長い場合でも本ュニットを偏平形状としてマイクロ波機器に組み込むことができる。

前記可動体は回転駆動させるとともに前記導波部内に複数配設させる構成として、それぞれの可動体の回転支持角度を様々に組合せることで導波部の開放端におけるインピーダンスの可変範囲をより大きく変化させることができマイクロ波作用の範囲を最大化できる。

本発明のマイク口波装置は、給電されたマイク口波を実質的に閉じ込めるマイクロ波空間と、前記マイクロ波空間を形成する金属壁面に設けた開孔部と、インピ一ダンス可変ユニットとを備え、開孔部のインピーダンス値に対応させた様々な定在波分布をマイク口波空間内に形成させることができる。

また、本発明のマイクロ波装置は、給電されたマイクロ波を実質的に閉じ込める略直方六面体からなるマイクロ波空間と、前記直方六面体の少なくとも一面に設けた開孔部と、前記開孔部のインピーダンスを可変するインピーダンス可変ュニットとを備え、マイクロ波空間の壁面の開孔部のインピーダンスを変化させることでマイクロ波空間内に生じる定在波分布の節あるいは腹を直線状に移動させることができる。また、本発明のマイクロ波装置は、開孔部およびそれに接続したインピーダンス可変ュニットを設けることにより、マイク口波空間内にマイク口波の多重伝搬あるいは様々な定在波分布を生じさせることができる。

複数の励振モードを持ったマイク口波空間の場合に、それぞれの励振モードに応じてマイク口波空間の壁面に流れる高周波電流がそれぞれ独立に分断して流れるように開孔部を複数配設する。そして、各開孔部のインピーダンスが変化することで、所望する単一の励振モードのみがマイク口波空間に生じることを可能にできる。

本発明の高周波加熱装置は、被加熱物を収納するマイクロ波空間と、前記マイクロ波空間内に放射するマイクロ波を発生する高周波発生手段と、前記被加熱物の加熱情報に基づいて前記マイク口波空間が備えるインピーダンス可変ュニットと前記高周波発生手段とを制御して被加熱物を誘電加熱する制御手段とを備えた構成からなっている。この構成により、開孔部のインピ一ダンス値あるいは高周波発生手段から発生するマイクロ波のエネルギ量を制御して、被加熱物の特定領域を選択加熱したりあるいは被加熱物全体の加熱の均一化を促進させることがでさる。

本発明の高周波加熱装置は、さらに被加熱物をマイクロ波空間内で回転移動させる手段を有している。インピーダンス可変ュニットを制御することでマイクロ波空間内の定在波分布を制御するとともに載置台駆動手段を制御することでマイクロ波空間内に収納した被加熱物の回転移動を制御して被加熱物全体の加熱の均'' 一化をより促進させることができる。

また、本発明の高周波加熱装置は、インピーダンス可変ユニットを制御することでマイク口波空間内の定在波分布を時間的に変動させることができる。このため、回転が困難な被加熱物の加熱に対しても被加熱物の加熱の均一化を促進させることができる。また、本発明の高周波加熱装置は、被加熱物に最適な加熱分布を自動的に制御することで利便性を高めることができる。

さらに、本発明の高周波加熱装置は、インピーダンス可変ュニッ卜のインピーダンス可変速度を大きくすることができる。この結果、マイクロ波空間内でのマ： fクロ波の乱反射を促進させることができ、被加熱物の上下方向の加熱の均一化を促進させることができる。

さらにまた、本発明の高周波加熱装置は、加熱情報は被加熱物の加熱方法である解凍、再加熱、オーブン加熱、保温のいずれか一つを使用者が選択入力できる。したがって、高周波加熱装置が検知困難な情報として位置づけされる情報（例えば被加熱物の種類、被加熱物の形状、被加熱物の個数、および被加熱物の加熱方法である解凍、再加熱、オーブン加熱、保温のいずれか一つの中から選択入力される少なくとも一つの入力情報）を、使用者が選択入力した所望の加熱情報に基づいて、制御手段は被加熱物の特定の領域を選択加熱させるものと被加熱物全体を加熱させるものに大別して認識させている。

すなわち、被加熱物の種類としては被加熱物の含水率を一つの目安とし、例えば含水率が 6 0 %以上に該当する被加熱物の種類に対しては制御手段は全体加熱する被加熱物として認識し、インピーダンス可変ユニットを制御する。また、被加熱物の形状においては偏平形状の場合に全体加熱と認識する。被加熱物の個数においては複数の場合に全体加熱と認識する。さらには被加熱物の加熱方法としての解凍の場合は、他の入力情報に優先させそ全体加熱と認識する。

これにより、使用者が好む加熱を実現させることができる。

本発明の高周波加熱装置において、加熱情報は、被加熱物の加熱中に、高周波加熱装置または被加熱物から物理情報として得られる。

これらの物理情報を得るためにはその物理情報に対応させた検知手段を装置が備えている。そして高周波加熱装置から得られる物理情報は、マイクロ波空間あるいはインピーダンス可変ュニット内の電磁場強度信号であり、被加熱物から得られる物理情報は、例えば被加熱物の重量、被加熱物の現在温度、被加熱物から発生した気体濃度の中から選択される少なくとも一つの物理情報としている。そして上記の物理情報は、被加熱物の加熱中に制御手段が実行する制御内容を決定するための情報として用いられる。

すなわち、マイクロ波空間あるいはインピーダンス可変ュニット内の電磁場強度の情報は、温度検知が困難な被加熱物の加熱制御あるいは被加熱物無しの状態での空焼き防止等の加熱制御情報としている。また、被加熱物の重量情報は、被加熱物の乾燥度合を検知し加熱の制御あるいは加熱終了を判定する情報としている。さらには、被加熱物の温度情報は、被加熱物の現在温度に基づいて開孔部のインピーダンス値の可変制御や高周波発生手段から供給するマイク口波パワーの可変制御に用いたりあるいは被加熱物の加熱終了検知情報としている。さらにまた、被加熱物から発生した気体濃度の情報は、例えば水蒸気の場合、所定の蒸気量に達することで加熱終了を判定する情報としている。

以上に述べた様々な加熱情報により、インピーダンス可変ユニットと載置台駆動手段と高周波発生手段との少なくとも一つが制御手段からの信号により自動制御されたりあるいは手動入力信号から直接的に手動制御され、使用者が所望した加熱状態に被加熱物を選択加熱あるいは全体加熱することを可能にしている。以上の結果、本発明によれば、スパ一ク発生の課題を解決するとともにコンパク卜な構成でかつ制御性の高いインピーダンス可変ユニットとそれを用いたマイク口波装置および高周波加熱装置を提供し、マイク口波空間内部に生じる定在波分布を時間的に連続に可変するとともに被加熱物を選択加熱あるいは均一に加熱することができるのである。図面の簡単な説明図 1は本発明の第一の実施例のインピーダンス可変ュニッ卜の外観構成図、図 2は図 1のインピーダンス可変ュニッ卜におけるマイクロ波伝搬を示す図、図 3 は本発明のインピーダンス可変ュニッ卜に用いる非金属材料からなる可動体のマィク口波作用を示す特性図、図 4は図 2の一実施形態における導波部の開放端における電圧反射係数の位相値特性図、図 5は図 2の一実施形態における可動体の回転支持角度に対する導波部の開放端における電圧反射係数の位相値特性図、図 6は図 1のマイク口波検出手段が検出する信号の特性図、図 7は本発明の第二の実施例のインピーダンス可変ュニッ卜の断面構成図、図 8は本発明の第三の実施例のインピーダンス可変ユニットであり、図 8 Aはその断面構成図、図 8 Bは開放端から見た時の導波部の伝搬モードを表わす図、図 9は本発明の第四の実施例のインピーダンス可変ユニットであり、図 9 Aは第一の制御例の構成図、図 9 B は第二の制御例の構成図、図 1 0は本発明の第 5の実施例のマイクロ波装置の構成図、図 1 1は図 1 0のインピーダンス可変ユニットを制御した時のマイクロ波装置内に生じる電界分布特性図であり、図 1 1 Aは可動体を 9 0度に支持した時の電界分布、図 1 1 Bは可動体を 0度に支持した時の電界分布、図 1 2は本発明の第 6の実施例のマイク口波装置の断面構成図、図 1 3は本発明の第 7の実施例の高周波加熱装置の外観図、図 1 4は図 1 3の要部断面構成図、図 1 5は図 1 3 の操作部の拡大構成図、図 1 6八〜0は図1 5の操作部のそれぞれの操作に対する表示例を示す図、図 1 7は図 1 3の高周波加熱装置の制御内容を示すフローチャ一ト、図 1 8は図 1 3の高周波加熱装置を用いて擬似負荷を加熱した時の加熱分布図、図 1 9は図 1 3の高周波加熱装置の第一の制御内容を示す図、図 2 0は図 1 3の高周波加熱装置の第二の制御内容を示す図、図 2 1は図 1 3の高周波加熱装置の第三の制御内容を示す図、図 2 2は図 1 3の高周波加熱装置の第四の制御内容を示す図、図 2 3は本発明の第 8の実施例の高周波加熱装置の外観構成図、図 2 4は図 2 3の要部断面構成図、図 2 5は図 2 3の操作部の拡大構成図、図 2 6は図 2 3の高周波加熱装置の制御内容を示すフローチャート、図 2 7は図 2 3 の高周波加熱装置を用いて擬似負荷を加熱した時の加熱分布図、図 2 8は図 2 3 の高周波加熱装置を用いてィンピーダンス可変ュニットの可変速度に対する水負荷の上下温度特性図である。発明を実施するための最良の形態

第一の実施例

以下に、本発明の実施例について図を参照して説明する。

図 1は本発明の第一の実施例を示すインピーダンス可変ュニッ卜の外観構成図である。図 1において、インピーダンス可変ユニット 1 0は、金属部材で構成した矩形形状の導波部 1 1を本体とし、その導波部 1 1の一端はマイクロ波を導波部 1 1に導くための矩形形状の開放端 1 2を形成し、一方導波部 1 1の終端 1 3は導波部 1 1内に伝搬したマイク口波を反射させるために金属部材で閉じている。導波部 1 1内には、非金属材料の板状構造の可動体 1 4を備えている。この可動体 1 4の両端には可動体 1 4を回転させるための回転軸 1 5、 1 6を設け、これらの回転軸 1 5、 1 6は導波部 1 1の壁面に設けた孔に揷入しその孔で回転支持している。回転軸 1 6は可動体 1 4を回転駆動するステッピングモー夕 1 7 の出力軸と連結組立している。

可動体 1 4は、 2 0 0で以上の耐熱温度を有しマイクロ波帯で低誘電損失の特性を有する樹脂材料あるいは無機材料等の非金属材料を基材とし、その基材を所定の板厚さにそれぞれ成形あるいは焼成成形加工して構成している。そして、この可動体 1 4は、導波部 1 1の終端 1 3と所定の間隙をもって配設している。マイクロ波検出手段 1 8は導波部 1 1内の電磁場強度を検出するものであり、同軸ケーブルの中心導体を導波部 1 1の壁面に設けた孔を通して導波部 1 1内に延在させてアンテナとしている。検波回路 1 9はマイクロ波検出手段 1 8が検出したマイクロ波信号を検波するものであり、検波ダイオード 2 0、チップコンデンサ 2 1の各素子を用いて平面回路で構成している。マイクロ波検出手段 1 8の中心導体の一端はマイクロストリップ線路パターン 2 2に接続されている。マイクロ波検出手段 1 9力 S検出したマイクロ波信号は、検波回路 1 9を経てリード線 2 3を用いて電圧信号として出力される。インピーダンス可変ュニット 1 0はマイク口波機器に取付フランジ 2 4で取付けられる。ステッピングモー夕 1 7は支持板 2 5で保持される。

次に図 2を用いて導波部 1 1内のマイクロ波伝搬の流れと可動体 1 4の作用について説明する。

図 2の導波部 1 1は T E 1 0モードを伝搬する構成とし、 H面（矩形導波部の矩形の長軸面）に平行な断面構成として示している。なお、可動体 1 4と導波部 1 1の壁面との隙間は省略して図示している。

図 2において、開放端 1 2から導波部 1 1に入射したマイクロ波の導波部 1 1 内での伝搬は、マイク口波工学においては二つの平面波の合成による手法で説明されている。図 2はこの平面波の進行方向について図示している。導波部 1 1内でのマイクロ波 2 6は、導波部 1 1の E面（矩形導波管の矩形の短軸面）で反射しながら終端 1 3の方向に伝搬する。このマイクロ波 2 6が可動体 1 4に入射する時の入射角度 0 1は開放端 1 2の幅寸法 W 1により決定される。伝搬モードが T E 1 0、幅寸法 W 1が 8 0 mm、伝搬するマイクロ波の周波数が 2 4 5 0 MH zの場合、入射角度 0 1は、約 4 0 . 1度である。

非金属材料で構成した可動体 1 4に入射したマイクロ波は、可動体 1 4の表面で反射波 2 7と透過波 2 8に分かれる。この時の反射波 2 7を一次反射と称することにする。また透過波 2 8は可動体 1 4内を伝搬し可動体 1 4の他方の表面で再び反射波 2 9と透過波 3 0に分かれる。反射波 2 9は可動体 1 4内を伝搬して一方の表面でさらに反射波 3 1と透過波 3 2に分かれる。この時の透過波 3 2を二次反射と称することにする。

一方、可動体 1 4を透過した透過波 3 0は導波部 1 1の終端 1 3および導波部 1 1の E面で反射し再び可動体 1 4に入射する。そして可動体 1 4表面で反射波 3 3と透過波 3 4に分かれる。透過波 3 4は可動体 1 4内を伝搬し一方の表面で反射波（図示していない）と透過波 3 5に分かれる。この時の透過波 3 5を透過後反射と称することにする。

なお、後述の説明に用いる構成寸法として、開放端 1 2から可動体 1 4の中心までの長さを L l、可動体 1 4の中心から終端 1 3までの長さを L 2、可動体 1 4の板厚さを tとする。

次に上述した反射波と透過波とが保有するマイクロ波エネルギについて説明する。簡単化のために、非金属材料の可動体 1 4の誘電損失特性に基づくマイク口波損失を無視することにし、自由空間の比誘電率を 1、可動体 1 4の使用するマイク口波の周波数帯における実効比誘電率を εとする。可動体 1 4の層面における電圧反射係数 Γは式 1で示される。なお、角度 Θ 2は透過波の透過角度である。

式 1

_{Γ =} {8ίη(θ₂ - Θ₁)}

{si _{2 +} }

2

また、入射波のエネルギを P (Wat ts)とし、一次反射波のエネルギを P 1、二次反射波のエネルギを P 2および透過後反射波のエネルギを P 3とすると、それぞれの波が保有するマイク口波エネルギは式 2にて表すことができる。式 2

PI = FT²

P2 = Γ²(ΐ-Γ²]?(ΐ+Γ⁴ ₊ Γ⁸ + ..... )

P3 = P(l— (1 + Γ² + Γ⁴ + +Γ⁴ + Γ⁸ + ...) 上記の式 2を用いて、各反射波のエネルギ量を計算した結果を図 3に示す。図 3は入射角度 01は 40.1度の場合を示している。実効比誘電率が 1の場合は可動体 14がない場合に相当し、透過後反射しか生じない。可動体 14を設けることで一次反射を生じ、また可動体 14の実効比誘電率 εを大きくすると一次反射が有するマイク口波エネルギが増加し、透過後反射のマイク口波エネルギが減少する。さらに、入射角度が 40. 1度の場合、実効比誘電率を約 8. 5に選択することで、一次反射と透過後反射とがそれぞれに保有するマイクロ波エネルギ量を等しくすることができることが図 3から理解される。

次に図 4について説明する。図 4は本発明のインピーダンス可変ュニットの特性を示すもので、その開放端における電圧反射係数の位相値特性を示している。なお、インピーダンス可変ュニッ卜の構成は、以下の通りである。開放端形状は、開放端長軸 W1が 80mm、その短軸が 30mm、 L 2が 20mmである。また可動体 14は、比誘電率が 12. 3、板厚さ tが 6. 2mm, 板部の幅寸法と長さ寸法はそれぞれ 28mm、 78mmである。

図 4は、上記構成のインピーダンス可変ユニットにおいて、 L 1寸法の変化に対する開放端 12における電圧反射係数 S 11の位相値の特性を示す。また、可動体 14の回転角度 0は、図 2に示すように可動体 14が終端 13に平行な時を基準として、図 2中に示す方向の角度表現とする。すなわち、 0 = 0 d egは可動体 14が図 2の状態であり、 e = 90d e gは可動体 14が終端面に垂直となる状態である。

図 4において、矢印 3 6すなわち L 1 = 2 0 mmの構成とすることで、導波部 1 1の開放端 1 2における電圧反射係数 S 1 1の位相値を略土 1 8 0度から略 0度の範囲で可変させることができることが認められる。また、矢印 3 7すなわち L 1 = 3 5 mmの構成とすることで、 0 = 4 5 d e gの時に開放端 1 2における電圧反射係数 S 1 1の位相値を略 0度とし、可動体 1 4を回転させることで開放端 1 2には誘導性成分（位相値範囲： + 1 8 0度から略 + 1 5 0度）と容量性成分（位相値範囲：ー 1 8 0度から略一 1 1 5度）値を存在させることができることが認められる。

そして矢印 3 6で示す特性を備えたインピーダンス可変ュニットを構成することにより、開放端における電圧反射係数の位相値は ± 1 8 0度にできて、開放端のインピーダンスは零にして開放端を金属壁面と同様の作用にできる。そのため、インピーダンス可変ュニットを使用しない場合との特性比較を容易にチエツクできる。また、開放端における電圧反射係数の位相値として 0度と ± 1 8 0度とを含むように可変させるユニット構成により、開放端における電圧反射係数の位相値は可変幅を最大化し、インピーダンス可変に伴う作用全体を容易に確認できるとともに有効かつ広範囲の作用を実現させることができる。

一方矢印 3 7で示す特性を備えたインピーダンス可変ユニットを構成することにより、可動体 1 4を回転させることで開放端には誘導性成分と容量性成分とのインピーダンスを形成させることができる。

次に図 5について説明する。図 5は、図 4の矢印 3 6で示す特性を備えたインピーダンス可変ュニッ卜において、可動板 1 4の回転支持角度に対する開放端における電圧反射係数 S 1 1の位相値の特性例を示す。

可動体 1 4の支持角度はステッピングモータ 1 7にて 1ステップ 9度の回転をさせている。可動体 1 4の回転支持角度は図中に示す通りである。図 5の特性から、可動体 1 4の支持角度が 0度近傍あるいは 1 8 0度近傍の場合は、開放端 1 2におけるマイクロ波の入射波と反射波との位相差は 1 8 0度であり、開放端 1 2が金属壁面相当の作用をしている。一方、可動体 1 4の支持角度が 9 0度近傍の場合は、開放端 1 2における入射波と反射波との位相差が略零となる。このように可動体 1 4の支持角度を変化させることで、開放端 1 2のィンピ一ダンスを変化させて開放端 1 2におけるマイク口波の入射波と反射波との位相差を変化させることができる。この位相差の変化は、本ユニットを装着した後述するマイク口波装置に対しては、マイク口波空間内のマイク口波の定在波分布を変化させるものである。さらには、後述する高周波加熱装置においては、入射波と反射波との位相差を利用することで被加熱物の加熱領域の可変制御が実現できる。そしてこの位相差可変制御を用いることで、被加熱物の高周波加熱において使用者が希望する加熱領域を指定することを可能にできる。また可動体を回転させる簡易な構成により、マイク口波加熱中にもスパーク発生することなくすばやく定在波分布を変化させることができ、加熱進行に伴うきめ細やかな加熱制御を行なうことができる。

次に図 6について説明する。図 6は可動体 1 4の回転角度に対するマイク口波検出手段 1 8の検出信号特性例を示す。

この特性を利用することで、可動体 1 4の支持角度を判定できる。マイクロ波検出手段 1 8に最も接近する支持角度の一 4 5度は、導波部 1 1の壁面と可動体 1 4とがつくる隙間に存在するマイク口波の電界強度が最大となり図 6に示した: 特性になっている。すなわち、可動体 1 4を一回転させた時に、マイクロ波検出手段 1 8が検出した信号は可動体 1 4の支持角度が一 4 5度近傍で最大値であり、逆に支持角度が判定できることにもなる。

また導波部内のマイクロ波信号に基づいた回転体 1 4の支持角度判定は、回転体 1 4を含むインピーダンス可変ユニット全体の特性の異変を監視でき、異常有無の判定処理ができるとともに別途専用の角度検出手段を不要にでき、コストァップおよび検出手段の信頼性保証の付加要因を解消できる。第二の実施例

次に図 7を用いて本発明のインピーダンス可変ュニッ卜の第二の実施例を説明する。第二の実施例が第一の実施例と相違する点は、可動体が導波部の終端面との間隔を可変して可動する構成となっている点である。

図 7において、本ュニットは、導波部 3 8、導波部 3 8の終端面 3 9、導波部 3 8の開放端 4 0、可動体 4 1、可動体 4 1を終端面 3 8に対して略平行に移動させるモータ 4 2、可動体 4 1を可動させる可動軸 4 3、マイクロ波検出手段 4 4、およびインピーダンス可変ユニットの装着用のフランジ 4 5から構成されている。また、可動軸 4 3はモー夕 4 2の出力軸と歯車を介して結合させている。上記構成において、可動体 4 1を非金属材料で構成した場合、可動体 4 1を構成する材料の比誘電率は大きくすることが望ましい。例えば、図 3に示すように比誘電率として 1 0 0を選択することで、可動体 4 1の表面での一次反射が有するマイクロ波エネルギは 7 0 %以上にすることができる。なお、この場合、導波部 3 8内のマイクロ波伝搬への影響を最小化させるために、可動軸 4 3は比誘電率が 4未満の誘電体材料を用いることが望ましい。

また、インピーダンス可変ユニットの開放端の開口は形状を小さくして、導波部内に導くマイク口波のエネルギを少なくした場合には、可動体 4 1を金属材料 ^:i で構成することが可能である。この場合、導波部 3 8内を伝搬するマイクロ波に対する終端は可動体 4 1の表面になる。このような金属材料から構成した可動体 4 1に対しても、導波部 3 8が本来有する終端面 3 9の存在により、導波部 3 8 は開放端 4 0を除いて閉じられた構造体でありマイク口波のリーク対策は不要である。このような可動体 4 1と導波部 3 8の終端面 3 9との間隔を可変して可動させる構成は、導波部 3 8の開放端 4 0のインピーダンスが誘導性成分に限定する場合に、簡易でコンパクトな構造が採れるので特に有効な手段である。第三の実施例

次に図 8を用いて本発明のインピーダンス可変ュニッ卜の第三の実施例について説明する。第三の実施例が第一の実施例と相違する点は、開放端のマイクロ波作用面積を拡大させた構成とした点である。

図 8 Aは本実施例のインピーダンス可変ュニッ卜の断面構成図、図 8 Bは開放端から見た時の導波部内の伝搬モードを示す図である。

図 8 Aにおいて、本ユニットは導波部 4 6、導波部 4 6の開放端 4 7、導波部 4 6の終端 4 8、および回転駆動する可動体 4 9から構成されている。導波部 4 6は、その開口の長軸寸法 W 2を実施例の約 2倍の寸法とし、導波部 4 6内を T E 2 0モードが伝搬する構成としている。すなわち、図 8 Bに示す様に、導波部の開放端 4 7から導波部 4 6内を見た時、導波部 4 6内には 5 0、 5 1で示す電気力線が生じることになる。

このように導波部の開放端の形状を大きくしたことにより、本発明のィンピ一ダンス可変ユニットが作用できる領域を拡大させることができる。そのため、後述する高周波加熱装置に搭載する時、被加熱物の形状や量に対してより幅広い形状や量に対して加熱分布を可変させることができる。 ⁵ なお、導波部内に伝搬させるモードとしては、 T E n Oモード（nは正の整数）が実用上最も効果的である。すなわち、このモードを利用すれば可動体の板厚さはいずれのモ一ドでも同一とすることができるとともに、可動体の回転支持角度に基づいて、開放端におけるインピーダンスが所定の値に可変するようにできる。第四の実施例

次に図 9を用いて本発明のインピーダンス可変ュニッ卜の第四の実施例を説明する。第四の実施例が前述の第一ないし第三実施例と相違する点は、導波部内に複数の回転可動体を設けた構成とした点である。

図 9 A、 Bは二つの回転可動体を備えたインピーダンス可変ュニットにおける各回転可動体の回転制御例をそれぞれ示す。図 9において、本ユニットは、導波部 5 2、導波部 5 2の開放端 5 3、導波部 5 2の終端 5 4、および同一形状からなる回転駆動する可動体 5 5、 5 6から構成されている。可動体 5 5、 5 6に使用する材料の比誘電率と可動体の板厚さの仕様に基づき、開放端からの距離 L 3、各可動体間の距離 L 4および終端 5 4との距離 L 5がそれぞれ規定されている。そして各可動体 5 5、 5 6はそれぞれ独立に回転制御できるように構成されている。

例えば、可動体 5 5と開放端 5 3との間隔 L 3が 2 0 mm、各可動体の間隔 4が4 0 111111、可動体 5 6と終端面 5 4との間隔 L 5が 2 0 mm、開放端形状は幅寸法および高さ寸法がそれぞれ 8 0 mmと 3 0 mm,そして各可動体の形状および仕様は第一の実施例と同一とした場合の特性例を以下に説明する。図 9 Aに示すように可動体 5 6のみを回転制御させた場合、可動体 5 6の回転支持角度 0を 4 5度あるいは 1 3 5度にすることで、二つの可動体を備えたィンピーダンス可変ユニット 5 2を共振状態に設定できる。すなわち、図 9 Aに示すように、可動体 5 6のみを回転制御させてインピーダンス可変ユニットを共振素子あるいは整合素子として利用できる。第 5の実施例

次に本発明のインピーダンス可変ュニットを用いたマイクロ波装置について説明する。図 1 0は本発明の第 5の実施例のマイク口波装置の構成図である。図 1 0において、インピーダンス可変ュニッ卜を用いたマイクロ波装置はマイクロ波空間 1 0 0、マイク口波空間 1 0 0に給電するマイク口波を伝送する導波管 1 0 1、ィンピ一ダンス可変ュニット 1 0 2、導波管 1 0 1に高周波発生手段であるマグネトロンを装着する結合孔 1 0 3、導波部 1 0 4、および可動体 1 0 5を備えている。

マイク口波装置へのインピーダンス可変ュニット搭載の効用を明確にするために、実施した評価内容が以下に示される。

マイクロ波空間 1 0 0は、幅寸法 W、奥行寸法 Dおよび高さ寸法 Hをそれぞれ 1 9 0 mm、 1 5 8 mmおよび 1 0 0 mmとした。これによりマイクロ波空間 1 0 0は、インピーダンス可変ユニット 1 0 2を装着しない状態で、マイク口波の周波数が 2 4 5 0 MH z帯において、このマイクロ波空間 1 0 0内に生じる電磁場分布は、幅方向、奥行方向および高さ方向にそれぞれ生じる定在波の山の数が 2、 2、 0 (この定在波の表記を < 2 2 0 >とし、このような表記方法を以下に適用する）とした。また、インピーダンス可変ュニット 1 0 2は、導波部 1 0 4の開放端形状を 1 5 mm (図 1 0において H 1 ) X 8 0 mm、可動体 1 0 5は比誘電率 1 2 . 3、板構造が 1 3 mm x 7 8 mm、板厚さ 6 . 2 mmとし、導波部 1 0 4内への配設位置を図 1 0において L 6 = 1 3 mm、 L 7 = 1 6 . 5 mmとした。

上記構成のマイクロ波装置の電磁場分布をコンピュータを用いて解析した結' 果を図 1 1に示す。図 1 1 A、 Bはそれぞれ可動体 1 0 5を導波部 1 0 4の終端面に垂直（0 = 9 0度）と平行（0 = 0度）とした場合の特性例である。図 1 1 Bの特性より、可動体 1 0 5を θ = 0度にした場合は、インピーダンス可変ュニット 1 0 2の開放端のインピーダンスがほぼ零となり金属壁面と同様の作用をし、電磁場分布は初期と同じぐ 2 2 0 >である。一方、図 1 1 Αに示す様に可動体 1 0 5を 0 = 9 0度にしてインピーダンス可変ュニット 1 0 2の開放端のインピーダンスを非常に大きい値にすると、電磁場分布は大きく変化している。また特に特徴的なことは開放端のインピーダンスを非常に大きい値にすることで空間中央の電界強度が強くなつている。

すなわち、本発明のインピーダンス可変ュニットをマイクロ波空間に搭載した場合、空間内のマイクロ波と作用するインピーダンス可変ュニッ卜の開放端のィンピ一ダンスを変化させることで、マイクロ波空間内の定在波分布が可変できることが認められる。さらには、このようなマイクロ波装置を応用した後述の高周波加熱装置は、被加熱物の加熱領域を可変させることができる。第 6の実施例

次にマイク口波装置の他の実施例を説明する。

図 1 2は本発明の第 6の実施例を示すマイクロ波装置の断面構成図である。図 1 2において、右側壁面 1 0 6、左側壁面 1 0 7、底部壁面 1 0 8、奥側壁面 1 0 9および上部壁面 1 1 0がマイクロ波空間 1 1 1を形成する金属壁面である。右側壁面 1 0 6には給電口 1 1 2が設けられ、給電口 1 1 2にはマイク口波を伝送する導波管 1 1 3が接続されている。結合孔 1 1 4は導波管 1 1 3の一端に設けられ、この結合孔 1 1 4に高周波発生手段（図示していない）の出力アンテナが揷入装着される。

一方、右側壁面 1 0 6に対向する左側壁面 1 0 7および奥側壁面 1 0 9にはそれぞれの壁面の略中央部を通ってそれぞれ略矩形の孔形状からなる開孔部 1 1 5、 1 1 6が形成されている。また、開孔部 1 1 5、 1 1 6のマイクロ波空間 1 1 1 の外側には、それぞれ前述してきた機能を有するインピーダンス可変ュニット 1 1 7 , 1 1 8が接続されている。開孔部 1 1 5、 1 1 6はお互いの配設方向を異なり、開孔部 1 1 5は水平方向に、開孔部 1 1 6は垂直方向に形成されている。このように複数の壁面に配設方向の異なる開孔部を配設することにより、いずれかの開孔部がその高周波電流を分断することを可能にしている。上記高周波電流はマイクロ波空間 1 1 1内に生じるさまざまな定在波に対応して装置壁面を流れるものである。そして、複数の開孔部のインピーダンスが可変制御されることで、複数の壁面から反射するマイクロ波の流れを変えマイクロ波装置内に様々な定在波分布が形成されることになる。これを用いた後述の高周波加熱装置は、定在波分布を可変制御することで、被加熱物をより効果的に均一に加熱させることができる。

また、図 1 2に示すようにマイクロ波作用面であるインピーダンス可変ュニットの開放端（すなわち開孔部）とインピーダンス可変ユニットの終端面とがなす角を略 9 0度の関係に形成することで、インピーダンス可変ュニットはマイクロ波空間の壁面に偏平に装着できる。この結果、本発明のインピーダンス可変ュニットはマイクロ波空間壁面に装着する場合、装着に要するスペースを小さくすることができる。第 7の実施例

次に本発明のインピーダンス可変ュニットを用いた高周波加熱装置について以下に説明する。

図 1 3は本発明の第 7の実施例の高周波加熱装置の外観図、図 1 4は図 1 3の要部断面構成図を示す。

図 1 3および図 1 4において、マイクロ波空間 2 0 0は金属材料から構成された右側壁面 2 0 1、左側壁面 2 0 2、奥壁面 2 0 3、上部壁面 2 0 4、底部壁面 2 0 5および被加熱物をマイクロ波空間 2 0 0内に出し入れする開閉壁面である前面開閉壁面 2 0 6により略直方体形状に構成され、給電されたマイクロ波をその内部に実質的に閉じ込めるように構成されている。マグネトロン 2 0 7はマイクロ波空間 2 0 0に給電するマイクロ波を発生する高周波発生手段である。導波管 2 0 8はマグネトロン 2 0 7が発生したマイクロ波をマイクロ波空間 2 0 0に導いている。給電口 2 0 9はマイクロ波空間 2 0 0と導波管 2 0 8とをマイクロ波的に結合するとともにマグネトロン 2 0 7が発生したマイクロ波をマイクロ波空間 2 0 0内に放射している。

開孔部 2 1 0は左側壁面 2 0 2に略矩形の孔形状をしている。インピーダンス可変ユニット 2 1 1は開孔部 2 1 0と空間的に連続して形成されている。インピ —ダンス可変ユニット 2 1 1は、マイクロ波空間 2 0 0の外側に設けられ、開孔部 2 1 0を覆って配設した金属材料からなる溝板 2 1 2と左側壁面 2 0 2とで形成される導波部 2 1 3の内部に可動体である誘電体板 2 1 4を設けた構成としている。導波部 2 1 3は、所定の導波部深さ寸法 L 8 (図示していない）を有するとともに開孔部 2 1 0の開孔寸法 H 2とほぼ同等の溝高さ寸法 L 9を有する形状で構成されている。導波部 2 1 3の終端は溝板 2 1 2によりマイクロ波を実質的に閉じる構成としている。インピーダンス可変ユニット 2 1 1を構成する誘電体板 2 1 4は回転駆動される構成とし、回転駆動手段（図示していない）を備えている。

また、操作部 2 1 5は装置本体前面に設けられていて、操作部 2 1 5内には被加熱物の加熱領域を選択する加熱領域選択入力部 2 1 6と被加熱物へのマイクロ波の流れを表示する表示手段 2 1 7が配設されている。これらについての詳細は後述する。

インバ一夕駆動電源部 2 1 8はマグネトロン 2 0 7を駆動する。制御手段 2 1 9は装置全体の動作を制御する。マイクロ波検出手段 2 2 0は、導波部 2 1 3内のマイクロ波と結合して得られた信号を制御手段 2 1 9に入力する。赤外線温度検出手段 2 2 1は、上部壁面 2 0 4に設けた孔 2 2 2を介して被加熱物の表面温度を検出し、検出した信号を制御手段 2 1 9に入力する。制御手段 2 1 9は、操作部 2 1 5から入力された加熱情報、マイクロ波検出手段 2 2 0および赤外線温度検出手段 2 2 1からの信号に基づいて、インバー夕駆動電源部 2 1 8の動作および誘電体板 2 1 4を回転駆動させる回転駆動手段の動作を制御する。その結果として、高周波加熱装置はマイクロ波空間 2 0 0内に収納された被加熱物を最適条件でマイクロ波加熱することができる。

また載置台 2 2 3は被加熱物を載置する。透視窓 2 2 4は前面開閉壁面 2 0 6 の略中央部に配設されマイクロ波空間 2 0 0内を透視できるパンチング孔を有している。ドアラッチスィッチ 2 2 5は前面開閉壁面 2 0 6の閉成状態を判別する。

図 1 5は図 1 3の操作部の拡大構成図、図 1 6 Aから図 1 6 Dは図 1 5の要部の制御内容に伴う表示例を示す。上記各図により、本発明に係る特徴的な構成について説明する。操作部 2 1 5には、被加熱物を加熱調理する際に使用者が選択入力する様々な入力アイテムを配置している。それらは、被加熱物の加熱方法メニューに係る選択入力アイテムであり、「解凍」キー 2 2 6、再加熱用の「加熱」キー 2 2 7および「保温」キー 2 2 8からなつている。これらの入力キーは被加熱物の誘電加熱を自動制御するものであり、各入力情報に基づいて制御手段 2 1 9はインピーダンス可変ュニットを予め決定した制御内容に基づいて制御する。一方被加熱物の誘電加熱を使用者の意図に基づいて実行する入力キーとして、操作部 2 1 5内には被加熱物の加熱領域を選択する加熱領域選択入力部 2 1 6と被加熱物へのマイクロ波の流れを表示する表示手段 2 1 7を配設している。加熱領域選択入力部 2 1 6は、被加熱物に対して装置前面から見た時に、被加熱物の左側を加熱領域とする加熱アイテム「左」キー 2 2 9、中央を加熱領域とする加熱アイテム「中央」キ一2 3 0、お側を加熱領域とする加熱アイテム「右」キー 2 3 1および被加熱物全体を加熱する加熱アイテム「全体」キー 2 3 2からなつている。また、表示手段 2 1 7は、表示手段の中央に被加熱物の絵柄 2 3 3を配置するとともに被加熱物に対してマイクロ波が伝搬される様子を矢印で示している。すなわち、左右および上方からマイクロ波が伝搬される様子を矢印 2 3 4〜 2 3 6にて表示できるようにしている。図 1 3ないし図 1 5に示した表示手段は、加熱アイテムとして「中央」が選択入力された場合を示し、マイク口波の伝搬を示す矢印は上方向 2 3 6が表示されていることを示したものである。なお、左右の破線で示した矢印 2 3 4、 2 3 5は、表示内容の説明をするために示したものであり、実使用環境においては図 1 6に示すように表示されない。また、表示手段 2 1 7の中央に表示させる被加熱物の絵柄 2 3 3 a〜2 3 3 dは図 1 6に示したように各加熱アイテムに対応してその内容を変更させ、使用者が所望する加熱モードを視覚的に確認できるように利便性を高めている。

すなわち、図 1 6 Aは、絵柄 2 3 3 aがコ一ヒーとハンバーグを加熱することを表示しコーヒーをハンバーグに対してより強く加熱させることを示している。図 1 6 Bは、絵柄 2 3 3 bが偏平で小さな容器に盛られた食材を加熱することを表示しその食材の空間領域にマイクロ波を集中させることを示している。図 1 6 Cは、絵柄 2 3 3 cが混載食材を加熱することを表示し、例えば右のハンバーグを左の野菜に対してより強く加熱させることを示している。また図 1 6 Dは、絵柄 2 3 3 dが量の多い被加熱物を加熱することを表示し、マイクロ波を全体的に分散させて加熱することを意味している。なお、上述した絵柄については、形状選択キー 2 3 7を押すことにより異なる絵柄を表示させることができる。

なお、個々の加熱アイテムに対し、誘電体板 2 1 4の回転支持角度の具体的な規定内容は次の通りである。すなわち、「左」は支持角度が 0度、「中央」は支持 ^; 角度が 4 5度、「右」は支持角度が 9 0度および「全体」は所定速度での連続回転としている。

そしてマイク口波空間内のマイク口波の流れを表示したことにより、ユーザは選択した加熱アイテムの内容を容易に確認できるとともに加熱後の加熱状態と選択した加熱アイテムとの整合性を認識できるので使い勝手の良い高周波加熱装置とすることができる。

次に上記構成からなる高周波加熱装置の操作手順と制御内容について図 17 を用いて説明する。被加熱物をマイクロ波空間内に収納した後、使用者はその被加熱物を加熱するための加熱領域を決めて上述した加熱アイテムの一つを選択する（S 101)。次に加熱時間を入力（図 15の 238〜 240で指定する）した後、図 15に示した「スタート」キー 241を押す（S 102) ことで被加熱物の誘電加熱が開始される。なお、キ—入力判定（S 103) は「スタート」キー 2 41が押されたことを確認するものであり、「スタート」キー 241に先立って「取消」キ一 242が押されると（S 10 1) に戻る。

制御手段 219は、操作部 215からの入力情報に基づいて、誘電体板 214 の回転駆動手段であるステッピングモー夕を動作させて誘電体板 214を所望の支持角度にセットしたり連続回転させたりする。誘電体板 214を所望の支持角度にセットする場合は、誘電体板 214をステップ回転させてマイクロ波検出手段 220の信号が最大値となる支持角度一 45度（315度）の位置を検知した後、所望の支持角度に誘電体板はセッ卜される（S 104)。次に、インバー夕駆動電源 218がその動作を開始させマグネトロン 207からマイクロ波を発生させる（S105)。

加熱中の加熱情報取込（S 106) で被加熱物の加熱状態を監視し、加熱終了判定（S107) が「Ye s」になると加熱終了と判定する。そしてインバー夕駆動電源部 218が動作を停止し、マグネトロン 207が O F Fする（S 108 )。その後誘電体板 214を回転駆動制御するステッピングモー夕の通電を停止させて、被加熱物のマイクロ波加熱を完了する（S109)。

S 106から S 107の加熱状態の監視とそれに基づく終了判定の内容は、操作部 215から入力された加熱時間の情報やマイクロ波検出手段 220の検出信号あるいは赤外線温度検出手段 221の検出信号に基づいて、時々刻々の情報を終了判定基準と照合あるいは比較して実行させることができる。

なお、加熱情報は上記の情報に限定されるものではなく、例えば被加熱物が発生するガスや水蒸気を検知するセンサ情報に基づいても構わない。

次にこのような高周波加熱装置の具体実施形態による加熱分布の測定例について説明する。マイクロ波空間 2 0 0は、幅 3 1 0 mm奥行 3 1 0 mm高さ 2 1

5 mm、主たる励振モードはぐ 3 3 2 >とした。また加熱負荷として積水樹脂 (株）製のアドヘア合成糊（ポリビニルアルコール 1 3. 7〜1 4 %の永溶液）を用いた。このアドヘア合成糊は、その温度が 0度から 4 5度の範囲で無色であり、温度が 4 5度以上になると白濁するものである。

図 1 8は、上記ァドヘア合成糊 2 0 0 gを用いた加熱分布を示す。アドヘア合成糊を入れた容器の底面積は 1 0 0平方 mmである。

マイクロ波出力は 5 0 0 Wとし 4 0秒間加熱後の加熱分布を示し、図 1 8において、白い領域が加熱された領域である。誘電体板 2 1 4の支持角度を可変することで白い領域すなわち加熱領域を変化させることができる。前述の操作部 2 1 5に配設した加熱領域選択用の加熱アイテムに対して誘電体板 2 1 4の回転支持角度はそれぞれ 0度が「左」キ一2 2 9、 4 5度が「中央」キー 2 3 0そして 9

0度が「右」キ一2 3 1に対応することになる。

このようにマイクロ波空間内の中央部を加熱領域とした「中央」加熱アイテムと周辺部を加熱領域とした「左」「右」加熱アイテムとを備えたことにより、様々な形状あるいは盛り付けの被加熱物の中央部および周辺部を加熱領域に自由に指定でき、被加熱物に応じた最適あるいは使用者の好みの加熱を実行できる高周波加熱装置が提供できる。

なお、周知のようにァドヘア合成糊は水に比べて誘電損失が大きく浸透深さが小さい。「中央」加熱アイテムは図 1 8に示したアドヘア糊負荷の場合、中央部の加熱が不十分な図示デ一夕となっているが、通常の食材においては「中央」加熱アイテムを用いて中央加熱を実現できる。

次に制御手段 2 1 9のより具体的な制御内容を図 1 9から図 2 2を用いて説明する。

図 1 9は、「全体」加熱アイテムの制御例であり、制御手段 2 1 9はマグネトロン 2 0 7のマイクロ波出力とインピーダンス可変ュニッ卜の誘電体板 2 1 4の回転速度とを制御する。すなわち、制御手段 2 1 9はマイクロ波空間全体にマイクロ波を分散させることを目的として誘電体板 2 1 4の回転速度とマイクロ波出力とを連動させて制御する。マイクロ波出力が大きい場合は、誘電体板 2 1 4を毎分 1 0 0回転とし、マイクロ波出力が小さい時には毎分 1 0回転としている。これらの切換えタイミングは被加熱物から得られる加熱情報あるいはマイクロ波検出手段の信号によって切換え制御する。

図 2 0は、「解凍」メニューの調理制御例であり、制御手段 2 1 9は誘電体板 2 1 4は毎分 1 0 0回転一定としてマイクロ波空間内での定在波分布を常に大きく変化させ、局所加熱を防止する。一方マイクロ波出力は当初は大きく後半は低くしている。

図 2 1は、使用者の意図に基づく加熱制御例を示し、制御手段 2 1 9は入力された選択加熱領域に対応する角度に誘電体板 2 1 4を規定する。なお、この角度規定に対しては、規定の支持角度を中心として支持角度を前後に振動させることで被加熱物の載置場所に余裕度を持たせ使い勝手をより高めることができる。

図 2 2は、「中央」加熱アイテムにおける被加熱物の加熱に伴う温度情報に基づく自動加熱の制御例を示し、被加熱物の温度が所定温度に達するとマイク口波出力を低下させるとともに誘電体板 2 1 4を毎分 1 0回転として加熱の最終仕上げをしている。第 8の実施例次に本発明の第 8の実施例の高周波加熱装置について説明する。第 8の実施例が第 7の実施例と基本的に相違する点は、マイクロ波空間に収納する被加熱物を回転移動させる手段を付加した点である。

図 2 3は本発明の第 8の実施例の高周波加熱装置の外観図、図 2 4は図 2 3の要部断面構成図、図 2 5は図 2 3の操作部の拡大図、図 2 6は図 2 3の制御内容を示すフローチャートである。

図において、第 7の実施例と同一部材または同一機能のものは同一番号で示し説明は省略する。

図 2 3および図 2 4において、載置台 2 4 3は被加熱物を載置する。支持台 2 4 4は載置台 2 4 3を支持している。載置台駆動手段 2 4 5であるモ一夕は支持台 2 4 4を介して載置台 2 4 3を回転駆動する。重量検出手段 2 4 6は支持台 2 4 4を介して載置台 2 4 3に載置される被加熱物の重量を検出し、検出信号を制御手段 2 4 7に入力する。平面状に構成したヒー夕一 2 4 8、 2 4 9はマイクロ波装置 2 5 0の上部壁面 2 0 4と底壁面 2 0 5にそれぞれ接合組立てられている。加熱情報は操作部 2 5 1から入力する。ガス検出手段 2 5 2は被加熱物から発生する水蒸気量を検出する。また、給電口 2 0 9および開孔部 2 1 0は耐熱性無機材料の板 2 5 3 , 2 5 4でそれぞれ覆った構成としている。

図 2 5に示した操作部 2 5 1が第 7の実施例と相違する構成は、表示部 2 5 5 に被加熱物の下方からのマイクロ波の流れ 2 5 6が付加されたこと、載置台 2 4 3の回転を手動制御する操作キ一 2 5 7を設けたこと、およびオーブン加熱入力^ キ一 2 5 8が付加されたことである。

次に上記構成からなる高周波加熱装置の操作手順と制御内容について図 2 6 を用いて説明する。被加熱物をマイクロ波空間内に収納した後、使用者はその被加熱物を加熱するための加熱領域を決めて上述した加熱アイテムの一つを選択する（S 2 0 1 )。次に加熱時間を入力（図 2 5の 2 3 8〜2 4 0で指定する）した後、図 25に示した「スタート」キー 241を押す（S 202) ことで被加熱物の誘電加熱が開始される。なお、キ—入力判定（S 203) は「スター卜」キ一2 41が押されたことを確認するものであり、「スタート」キー 241に先立って「取消」キー 242が押されると（S 201) に戻る。

制御手段 247は加熱開始直後に重量検出手段 246の検出信号を取込む（S 204)。その後、操作部 251から入力された加熱情報と重量信号に基づいて、誘電体板 214の回転駆動手段であるステッピングモータを動作させて誘電体板 214を所望の支持角度にセットしたり連続回転させたりする。誘電体板 214 を所望の支持角度にセットする場合は、誘電体板 214をステップ回転させてマイク口波検出手段 220の信号が最大値となる支持角度— 45度（315度）の位置を検知した後、所望の支持角度に誘電体板がセッ卜される（S 205)。その後、制御手段 247は、載置台駆動手段 245に制御信号を送り載置台駆動手段の動作を制御した後（S206)、インバ一タ駆動電源 218の動作を開始させマグネトロン 207からマイクロ波を発生させる（S207)。

加熱中は被加熱物の加熱状態を監視し（S208)、加熱終了判定（S209) が「Ye s」になると加熱終了と判定してインバータ駆動電源部 218は動作を停止し、マグネトロン 207を OFFにする（S210)。その後載置台駆動手段は制御を停止し載置台を停止させる（S211)。誘電体板 214を回転駆動制御するステッピングモー夕はその通電を停止して被加熱物のマイクロ波加熱を完了する（S212)。

(S 208) から（S 209) の加熱状態の監視とそれに基づく終了判定の内容は、操作部 251から入力された加熱時間の情報やマイクロ波検出手段 220 の検出信号あるいはガス検出手段 252の検出信号に基づいて、時々刻々の情報を終了判定基準と照合あるいは比較して実行させている。

なお、加熱情報は上記の情報に限定されるものではなく、例えば第 7の実施例で説明した被加熱物の温度情報に基づいても構わない。

次にこのような被加熱物を回転移動させる機能を持った高周波加熱装置の具体実施形態による加熱分布例について説明する。マイクロ波空間 250は、幅 3 00mm奥行 320mm高さ 215mm、励振モードはく 332〉と <412> とした。そして励振モードぐ 332>に対応した金属壁面上に誘導される高周波電流の流れを分断するように開孔部 210を配設している。また載置台 243のマイクロ波装置 250の底壁面からの高さは約 27 mmとした。また加熱負荷として前述のァドヘア合成糊を用いた。

図 27は、上記ァドヘア合成糊 200 gを用いた加熱分布を示す。ァドヘア合成糊を入れた容器の底面積は 100平方 mmである。

図において、マイクロ波出力は 500Wとし 60秒間加熱後の加熱分布を示し、白い領域が加熱された領域である。加熱アイテムは「全体」キー 232を選択し誘電体板 214の回転速度は毎分 15回転とした。図 27 (a) の加熱分布は載置台 243を停止した場合、図 27 (b) の加熱分布は載置台 243を毎分 6回転させた場合を示す。

第 8の実施例の具体的実施形態のマイク口波空間 250は上記の構成により、開孔部 210のインピーダンスを大きくすると励振モードく 332>が崩れ、励振モードぐ 412 >が強くなる。この励振モードぐ 412 >はマイクロ波空間 2 50の載置台の中央部にマイク口波を集中する励振モ一ドである。

誘電体板 214のみを連続回転させることで、マイクロ波空間 250内にはく 332>、く 332>の崩れ、 <412〉、 <412 >の崩れおよび励振モード全て崩れのそれぞれを形成させることができる。これにより、図 27 (a) に示すような加熱分布を生じさせることができる。一方、誘電体板 214の連続回転に載置台 243の回転を重畳させると、図 27 (b) に示すように被加熱物の周辺部全域を加熱することができる。このように誘電体板 2 1 4を所定角度に支持したり連続回転させることと載置台の回転停止あるいは連続回転とをさまざまに組合せることで被加熱物を同心状に加熱したり、周辺部のみを加熱したり、さらには被加熱物全体の加熱の均一化を促進させることができる。この結果、利便性を大幅に高めた高周波加熱装置を提供できる。

また載置台駆動手段を持った高周波加熱装置において、載置台の回転を停止して誘電体板 2 1 4のみを連続回転させる制御方法を用いると、被加熱物の中央部を周辺部と同様に強く加熱させることができる。したがって、マイクロ波の浸透深さが小さい食材、例えば八ンバーグやシチュー、茶碗蒸しなどの加熱調理に有効である。

一方、載置台 2 4 3の回転を重畳させる制御方法について、より効果的な制御方法を以下に説明する。図 2 8は、誘電体板 2 1 4の回転速度をパラメ一夕として、初期温度 7 ± 2での水 2 0 O ccをマイクロ波出力 5 0 0 \¥にて1分3 0秒間加熱した後の水 2 0 0 c cの上下方向の温度差を示すものである。水 2 0 0 c c を入れた容器はマグカップ相当の直径 7 2 mmの円筒容器を用いた。

図 2 8の特性より、誘電体板 2 1 4の回転速度を速くすると加熱の均一化が促進できることが認められる。このように誘電体板 2 1 4を高速回転させる制御方法は、マイク口波空間内の上下方向のマイク口波の分散を促進させることが可能であり、底面積に対して嵩高い加熱物の加熱の均一化に有効である。すなわち、上記特性を持つ高周波加熱装置は牛乳あたため、酒かん、コーヒーあたためなどに際して、最適に加熱させることができる。産業上の利用可能性

以上に説明したように本発明のインピーダンス可変ュニットは、マイクロ波伝送路あるいはマイク口波共振器などのマイク口波回路においてマイク口波伝搬の境界を形成する壁面に設ける開孔を介して主回路のマイクロ波に作用しそのマイクロ波の伝搬特性を可変制御する、簡易構造でかつ高い制御性をもったインピーダンス可変ユニットである。そして、主回路に本発明のインピーダンス可変ュニットを併設する構成により、それを使用した装置の組立性と搭載性の自由度を持たせることができる。また、加熱調理用の装置として本発明のインピーダンス可変ユニットを使用した場合、被加熱物を全体加熱したり、領域選択加熱するなどの選択の自由度が得られ、幅広い調理が可能となる。

Claims

請求の範囲

1 . 一端は終端し他端を開放した導波部と、前記導波部内に設けた可動体と、前記可動体を駆動する可動体駆動手段とを備え、前記可動体を駆動制御して前記導波部の開放端におけるインピーダンスを可変するインピーダンス可変ュニット。

2 . 前記導波部は、導波部内の伝搬モードを T E η θ (nは正の整数）としたことを特徴とする請求項 1記載のインピーダンス可変ュニット。

3 . 前記可動体は、前記導波部の終端面との間隔を規定した回軸を中心に回転する構成とした請求項 1記載のインピーダンス可変ュニット。

4. 前記可動体は、前記導波部の終端面との間隔を可変して駆動する構成とした請求項 1記載のインピーダンス可変ュニット。

5 . 前記可動体は、非金属材料で構成したことを特徴とする請求項 1記載のインピ一ダンス可変ュニッ卜。

6 . 前記導波部の開放端における電圧反射係数の位相値が土 1 8 0度の値を含むように構成された請求項 1記載のインピーダンス可変ュニット。

7 . 前記導波部の開放端における電圧反射係数の位相値が 0度の値を含むように構成した請求項 1記載のインピーダンス可変ュニット。

8 . 前記導波部の開放端における電圧反射係数の位相値の可変範囲の略中央値を土 1 8 0度の値とした請求項 1記載のインピーダンス可変ュニット。

9 . 前記可動体の位置を検出する位置検出手段を有する請求項 1記載のインピーダンス可変ュニット。

1 0. 前記導波部内の電磁場強度を検出するマイクロ波検出手段を有する請求項 1記載のインピーダンス可変ュニッ卜。

1 1 . 前記マイクロ波検出手段の信号に基づいて、可動体の回転角または位置を判定することを特徴とする請求項 1 0記載のインピーダンス可変ュニット。

1 2 . 前記可動体を駆動するステッピングモータを備えた請求項 1記載のインピ —ダンス可変ュニット。

1 3 . 前記導波部の終端面と開放端面とは互いの面でつくる角度が略 9 0度の関係に構成されたことを特徴とする請求項 1記載のインピーダンス可変ュニット。

1 4. 回転駆動する前記可動体が導波部内に複数配設されてなることを特徴とする請求項 1記載のインピーダンス可変ュニット。

1 5 . a ) 給電されたマイクロ波を実質的に閉じ込めるマイクロ波空間と、 b ) 前記マイクロ波空間を形成する境界壁面に設けられた開孔部と、

c ) 一端は終端し他端を前記開放部とした導波部と、前記導波部内に設けられた可動体と、前記可動体を駆動する可動体駆動手段とを備え、前記可動体を可動制御して前記導波部の開放部におけるインピーダンスを可変するインピーダンス可変ュニットを備えたマイクロ波装置。

1 6. 前記マイクロ波空間が略直方六面体である請求項 1 5記載のマイクロ波装置。

1 7 . 前記開孔部は、マイクロ波装置を形成する金属壁面に流れる高周波電流の流れを分断するように配設されたことを特徴とする請求項 1 5または 1 6記載のマイクロ波装置。

1 8 . 前記開孔部が複数配設され、それぞれの開孔部の長軸の配設方向がそれぞれ異なった方向に配設されたことを特徴とする請求項 1 5または 1 6記載のマイクロ波装置。

1 9 . 前記開孔部が複数配設され、それぞれの開孔部の長軸の配設方向がそれぞれ異なった方向に配設されたことを特徴とする請求項 1 7記載のマイクロ波装置。

2 0. A：

a) 給電されたマイク口波を実質的に閉じ込めるマイク口波装置と、

b ) 前記マイクロ波装置を形成する境界壁面に設けた開孔部と、 c ) 一端は終端し他端を前記開放部とした導波部と、前記導波部内に設けた可動体と、前記可動体を可動する可動体駆動手段と、

d ) 前記可動体を可動制御して前記導波部の開放部におけるインピーダンスを可変するインピーダンス可変ュニットを備えたマイクロ波装置と、

B ) 高周波発生手段と、

C ) 被加熱物の加熱情報に基づいて前記インピーダンス可変ユニットと前記高周波発生手段とを制御して前記被加熱物を誘電加熱する制御手段

とを備えた高周波加熱装置。

2 1 . 前記被加熱物を載置する載置台と、前記載置台を回転駆動する載置台駆動手段とを備えた請求項 2 0記載の高周波加熱装置。

2 2 . 前記マイクロ波空間が略直方六面体である請求項 2 0または 2 1記載の高周波加熱装置。

2 3 . 前記開孔部は、マイクロ波空間を形成する金属壁面に流れる高周波電流の流れを分断するように配設されたことを特徴とする請求項 2 0または 2 1記載の高周波加熱装置。

2 4 . 前記開孔部が複数配設され、それぞれの開孔部の長軸の配設方向がそれぞれ異なった方向に配設されたことを特徴とする請求項 2 0または 2 1記載の高周波加熱装置。

2 5 . 前記開孔部が複数配設され、それぞれの開孔部の長軸の配設方向がそれぞれ異なった方向に配設されたことを特徴とする請求項 2 2記載の高周波加熱装置。

2 6 . 前記開孔部が複数配設され、それぞれの開孔部の長軸の配設方向がそれぞれ異なった方向に配設されたことを特徴とする請求項 2 3記載の高周波加熱装置。

2 7 . 前記制御手段は、被加熱物の加熱情報に基づいて載置台駆動手段を停止させた状態でィンピ一ダンス可変ュニットを制御するように構成されたことを特徴とする請求項 2 1記載の高周波加熱装置。 '

2 8 . 前記制御手段は、被加熱物の加熱情報に基づいて前記可動体の位置、前記インピーダンス可変ュニッ卜のインピーダンス可変速度を制御するように構成されたことを特徴とする請求項 2 0または 2 1記載の高周波加熱装置。

2 9 . 前記加熱情報は、使用者が選択入力した情報であることを特徵とする請求項 2 0または 2 1記載の高周波加熱装置。

3 0 . 前記選択入力した情報は、解凍、再加熱、オーブン調理、保温のいずれか一つとした請求項 2 9記載の高周波加熱装置。

3 1 . 前記加熱情報は、被加熱物を加熱中に高周波加熱装置または被加熱物から得られる物理情報としたことを特徴とする請求項 2 8記載の高周波加熱装置。

3 2 . 前記加熱情報は、被加熱物を加熱中に高周波加熱装置または被加熱物から得られる物理情報であることを特徴とする請求項 2 0または 2 1記載の高周波加熱装置。

3 3 . 前記物理情報は、マイクロ波空間またはインピーダンス可変ユニット内の電磁場強度信号であることを特徴とする請求項 3 2記載の高周波加熱装置。