(57)【要約】【課題】  加熱する複数個の被加熱物のうち、各々の被加熱物任意の被加熱物の集中加熱と、複数個の被加熱物を加熱処理することを可能にする電子レンジを提供する。【解決手段】  マグネトロンを取り付けた導波管に導かれた高周波エネルギーを高周波供給室に放射するために高周波供給室底面中央部に設けられた結合穴と、この結合穴を貫通して高周波供給室内へ略垂直に臨んで設けられた内導体と、この内導体の一端の高周波供給室内に略水平に連結された金属製平板の回転アンテナと、内導体の導波管内で連結された誘電体軸と、この誘電体軸を回転駆動する駆動部とを備え、回転アンテナは複数個のλ／２（λ：波長でここでは１２２mm）以上の長さを有する弧状スリットを設けるとともに、各弧状スリットの中心は回転アンテナの外に位置するように設ける。【選択図】図２
2010049946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を収容する加熱室と、
該加熱室の底面に固着された被加熱物載置板と、
波長λの高周波エネルギーを発生させるマグネトロンと、
該マグネトロンで発生した高周波エネルギーを伝える導波管と、
前記被加熱物載置板の下に設けられ、前記導波管から伝えられた高周波エネルギーを拡散させる回転アンテナと、
該回転アンテナを回転駆動する駆動部と、
前記マグネトロンと、前記駆動を制御する制御回路と、
を備えた高周波加熱装置であって、
前記回転アンテナには、λ／２以上の長さの弧状スリットが設けられており、該弧状スリットの弧の中心が前記回転アンテナの外にあることを特徴とする高周波加熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載の高周波加熱装置において、
前記回転アンテナには、前記弧状スリットが複数設けられており、該複数の弧状スリットは同心の弧状スリットであることを特徴とする高周波加熱装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電子レンジにおいて、
前記複数の弧状スリットは前記回転アンテナの回転中心を挟んで設けられていることを特徴とする高周波加熱装置。
【請求項４】
被加熱物を収容する加熱室と、
この加熱室の底面に設けられた誘電体からなる被加熱物載置板と、
この被加熱物載置板の下方で前記加熱室の底面中央部に設けられた高周波供給室と、
高周波エネルギーを発生するマグネトロンと、
このマグネトロンを取り付ける導波管と、
この導波管に導かれた高周波エネルギーを前記高周波供給室に放射するために高周波供給室底面中央部に設けられた結合穴と、
この結合穴を貫通して前記高周波供給室内へ略垂直に臨んで設けられた内導体と、
この内導体の一端の前記高周波供給室内に略水平に連結された金属製平板の回転アンテナと、
前記内導体の前記導波管内で連結された誘電体軸と、この誘電体軸を回転駆動する駆動部とを備え、
前記回転アンテナには複数個のλ／２（λ：１２２mm）以上の長さを有する弧状スリットを設けるとともに、各弧状スリットの弧の中心は回転アンテナの外にあることを特徴とする高周波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転アンテナを用いて高周波エネルギーを加熱室内に放射して食品などを高周波加熱する高周波加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の所謂ターンテーブルレス高周波加熱装置は、加熱室内の被加熱物載置板の下に回転アンテナを備え、マグネトロンから供給される高周波を回転アンテナで散乱させて加熱室内に放射し、被加熱物載置板に載置された被加熱物を高周波加熱するものである。
【０００３】
そして、複数の被加熱物に異なる量の高周波エネルギーを供給するための回転アンテナとして、使用波長の１／２よりも長い辺を持った放射口を回転アンテナに設け、ほとんど減衰することなく高周波エネルギーを加熱室内に向けて放射する高周波加熱装置が知られている（例えば、特許文献１の図２，図３など参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−８６３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の図２の回転アンテナを用いると、放射口９ｂの真上方向に高周波エネルギーが集中するので、仕上がり温度が高い被加熱物の下に放射口９ｂを位置付ける時間を長くし、仕上がり温度が低い被加熱物の下に放射口９ｂを位置付ける時間を短くすることで、各々の被加熱物に適した仕上がり温度にすることができる。
【０００６】
しかし、放射口９ｂの真上方向に高周波エネルギーが集中するという特許文献１の回転アンテナの特徴を考慮すると、被加熱物載置板に載置された被加熱物のうち回転アンテナの投影面に置かれた被加熱物しか仕上がり温度の調整ができない。つまり、加熱室を広くしたときには回転アンテナも大きくしなければ任意の場所に置かれた被加熱物の仕上がり温度を調整することができなくなり、加熱室を広くしつつ、回転アンテナを小型化することができないという問題があった。
【０００７】
また、特許文献１の図３には、使用波長の１／２よりも長い辺を持った弧状の放射口を複数設けた回転アンテナが開示されている。しかし、何れの弧状の放射口も回転アンテナの中心を弧の中心としているため、使用波長の１／２よりも長い辺を持った放射口を数多く設けるのが難しい構造であった。このため、回転アンテナを小型化すると、使用波長の１／２よりも長い辺を持った放射口の数も減ってしまうため、回転アンテナの小型化が難しいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題は、被加熱物を収容する加熱室と、該加熱室の底面に固着された被加熱物載置板と、波長λの高周波エネルギーを発生させるマグネトロンと、該マグネトロンで発生した高周波エネルギーを伝える導波管と、前記被加熱物載置板の下に設けられ、前記導波管から伝えられた高周波エネルギーを拡散させる回転アンテナと、該回転アンテナを回転駆動する駆動部と、前記マグネトロンと、前記駆動を制御する制御回路と、を備えた高周波加熱装置であって、前記回転アンテナには、λ／２以上の長さの弧状スリットが設けられており、該弧状スリットの弧の中心が前記回転アンテナの外にある高周波加熱装置によって解決できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、小径の回転アンテナを用いたときでも高周波エネルギーの拡散に指向性をもたせることができ、複数の被加熱物の各々に対して任意の時間だけ指向性のある高周波エネルギーを照射することが容易となり、複数の被加熱物を異なる仕上がり温度になるように加熱することが容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図１から図５を参照して本発明の一実施例を説明する。図５は一実施例の高周波加熱装置５０のドア５３を開いた状態を示す図である。なお、図５では説明のため、上部カバーおよび側面カバーを省略している。図５において、１は被加熱物を収容する加熱室である。２は被加熱物を載置する被加熱物載置板であり、例えば結晶化ガラスなどの誘電体で構成され、加熱室１の底面に固着されている。４はＩＳＭ（Industrial, Scientific and Medical）周波数帯に割り当てられる２４５０ＭＨｚの電磁波を発生させるマグネトロンである。８はアルミニウム等の良導電性金属の円板で構成された回転自在の回転アンテナである。５１はマグネトロン４に駆動電力を供給するインバータ電源である。５２はマグネトロン４や回転アンテナ８の回転を制御する制御回路である。なお、本実施例の回転アンテナ８は従来の回転アンテナよりも小型であることを想定しており、ここでは回転アンテナ８の直径を１３０mmであるとして説明を行うが、本発明の適用対象はこれに限られない。
【００１１】
図１は高周波加熱装置５０の要部縦断面図である。図１において、１２は加熱室１に収容された被加熱物である。３は被加熱物載置板２の下方に設けられた高周波供給室である。５は一端がマグネトロン４に接続され他端が高周波供給室３に開口する導波管であり、導波管５を経由してマグネトロン４で発生した高周波エネルギーが内導体７に導かれる。内導体７に導かれた高周波エネルギーは同軸結合により回転アンテナ８に伝わり、回転アンテナ８によって高周波供給室３内に拡散され、被加熱物載置板２を通過して加熱室１に放射される。６は導波管５の高周波供給室３側の開口にある結合穴で、高周波供給室３の底面の略中央に位置する。回転アンテナ８は誘電体軸９と内導体７を介して駆動部１１から与えられる駆動力によって回転駆動される。なお、図１に示すように、結合穴６を貫通する位置に略垂直に設けられた内導体７の上端に回転アンテナ８が水平に固着されている。また、内導体７の下端と誘電体軸９が導波管５内で連結されており、誘電体軸９は導波管５に設けられた穴１０を通して駆動部１１に連結される。なお、回転アンテナ８を円形平板にすると、回転アンテナ８外周淵部に電界が集中しにくく、電界強度が平準化されるので、この部分でのスパークや異常加熱が生じにくくなる。また、回転アンテナ８を回転させたときに、ブレが少なく安定した回転が得られるという利点がある。
【００１２】
図２を用いて本実施例の回転アンテナ８の詳細を説明する。図２は回転アンテナ８を上から見た平面図である。８ａ〜８ｇは円板状の回転アンテナ８に設けられた複数の弧状スリットであり、８ｄを除く弧状スリットは６１mm以上の長さを有する。ここで、６１mmとは、マグネトロン４が発生させる電磁波の周波数が２４５０ＭＨｚであるとき、すなわち、波長λが１２２mmであるときに、λ／２に相当する長さであり、回転アンテナ８上にλ／２以上の長さのスリットを設けることで、回転アンテナ８に伝わった高周波エネルギーをほとんど減衰させることなく加熱室内に向けて放射することができる。
【００１３】
弧状スリット８ｃを例に弧状スリットの構成を説明する。図２に示すように弧状スリット８ｃは外周側の弧と内周側の弧と両弧を結ぶ二辺とで構成される半径Ｒｃの弧状のスリットであり、弧の中心であるＫ点は回転アンテナ８の外にある。そして、外周側の弧が内周側の弧よりも長くなるように設計されている。なお、回転アンテナ８の中心とＫ点を結んだ直線を直径軸２１と称することとする。
【００１４】
また、弧状スリット８ａ〜８ｇの弧の中心もＫ点とし、弧状スリット８ａ〜８ｇの半径であるＲａ〜Ｒｇを、Ｒａ＞Ｒｂ＞Ｒｃ＞Ｒｄ＞Ｒｅ＞Ｒｆ＞Ｒｇの関係が成り立つように設定する。そして、弧状スリット８ａ〜８ｇの中心がそれぞれ直径軸２１上に位置するようにする。これにより、各弧状スリット８ａ〜８ｇは隣り合う弧状スリットと交わることがない同心の弧状スリットとなる。この結果、回転アンテナ８の左側に設けられた弧状スリット８ａ〜８ｃと、回転アンテナ８の右側に設けられた弧状スリット８ｅ〜８ｇは、回転アンテナ８の回転中心を挟んで設けられることになる。なお、弧状スリット８ｃ以外の弧状スリットも内周側の弧が外周側の弧よりも短くなるように設計する。
【００１５】
このように、弧状スリット８ａ〜８ｇの弧の中心を回転アンテナ８の外にあるＫ点に位置させたので、λ／２以上の長さを持った弧状スリット数の配置の自由度を高めることができる。すなわち、小型の回転アンテナに対しても、λ／２以上の長さを持った弧状スリットを数多く設けるのが容易になる。
【００１６】
上述のようにして回転アンテナ８にλ／２以上の長さを持った弧状スリットを複数設けたので、回転アンテナ８に伝えられたマイクロ波エネルギーは回転アンテナ８中心近傍の弧状スリットから外周囲の弧状スリットに向かって次々と伝搬する過程で、個々の弧状スリットからの放射マイクロ波の位相が少しずつ遅れて重なり合い、直径軸２１方向に強い指向性をもつマイクロ波エネルギーが加熱室１内に放射されることになる。
【００１７】
図３を用いて、本実施例の回転アンテナ８の放射特性を電磁界解析手法の一種であるＴＬＭ法によって計算した結果を説明する。図３の下図に示すように、Ｘ軸は回転アンテナ８の中心と上述したＫ点を結んだ軸であり、Ｋ点方向をプラスとしている。Ｚ軸はＸ軸に垂直な軸であり、回転アンテナ８の平面上かつ回転アンテナ８の中心を通る位置に設けられる。また、図３の上図に示すように、Ｙ軸はＸ軸及びＺ軸に垂直な軸であり、高さ方向をプラス方向としている。図３の上図は回転アンテナ８のＸＹ平面での放射特性を示している。ここから分かるように、ＸＹ平面の左上側、すなわち、Ｘ軸のマイナス方向により強い放射が見られた。
【００１８】
次に、図４を用いて、被加熱物１２を加熱したときの温度分布をＴＬＭ法によって計算した結果を説明する。図４では被加熱物１２と回転アンテナ８の位置関係をわかりやすくするために被加熱物１２に回転アンテナ８を重ねて表示している。図４において、被加熱物１２は直径１７０mm，厚さ１０mmの冷凍ピザであり、被加熱物１２を１７４,０００個のセルに分解し各々の温度上昇値を計算した。解析時の物理定数は、比誘電率４.４，導電率０.０７２２ｓ／ｍ，密度７９４kg／ｍ3とした。図４の明暗は被加熱物１２の内部の温度分布（具体的には冷凍ピザの厚さ５mmの断面における温度分布）を示し、明るい部分は温度上昇が高く、暗い部分は温度上昇が低いことを示している。ここから分かるように、被加熱物１２の左側、すなわち、Ｘ軸のマイナス方向がより強く加熱され、温度が高くなることが確認できた。
【００１９】
このように、Ｘ軸のマイナス方向に置いた被加熱物がより強く加熱されるので、加熱室１内に複数の被加熱物が載置されたときであって、重点的に加熱したい被加熱物があるときには、その被加熱物の方向にＸ軸のマイナス方向を向ける時間を長くすることで、任意の被加熱物を重点的に加熱することができる。一方、加熱室１内に複数の被加熱物が載置されたときであって、複数の被加熱物の加熱むらを抑制したいときには、回転アンテナ８を一定速度で回転させることで複数の被加熱物の加熱むらを防ぐことができる。
【００２０】
なお、回転アンテナ８の各弧状スリットの間隔を広くすることで、強い放射の方向をＸ軸のマイナス方向に近づけることができ、回転アンテナ８の回転中心からより遠い位置を強く温めることができる。反対に、回転アンテナ８の各弧状スリットの間隔を狭くすることで、強い放射の方向をＸ軸のマイナス方向から遠ざけてＹ軸のプラス方向に近づけることができ、回転アンテナ８の回転中心からより近い位置を強く温めることができる。すなわち、弧状スリットの間隔を調整することで、マイクロ波エネルギーの放射指向性を調整することができるので、小型の回転アンテナ８を用いたときでも任意の指向性を得ることができる。
【００２１】
また、本実施例において、λ／２以上の長さの弧状スリット８ｃと８ｅの間に、λ／２に満たない長さの弧状スリット８ｄを配置したのは、マイクロ波エネルギーの放射の指向性をより高めるためである。仮に、弧状スリット８ｄが無いとすると、内導体７を介して回転アンテナ８に伝わった高周波エネルギーが弧状スリット８ｃと８ｅの間の方向にも放射されることになるので、高周波エネルギーの放射の指向性が弱まるという問題が生じるが、弧状スリット８ｄを弧状スリット８ｃと８ｅの間に設けることで、内導体７を介して回転アンテナ８に伝わった高周波エネルギーが弧状スリット８ｄ方向に放射されるのを防止でき、高周波エネルギーの放射の指向性が弱まるのを防止できる。
【００２２】
以上で説明したように、本発明の高周波加熱装置は、直径の小さな小形の回転アンテナでもλ／２以上の弧状スリットが複数個平行に多数並べ設置でき、しかも弧状スリットの長さを調整しやすい。また、複数個の弧状スリットを平行に並べることにより指向性を持たせることができ、弧状スリットの間隔の調整により指向性を任意に変えることができるので指向性の制御が可能となる。さらに、指向性を持たせることにより複数個の非加熱物に対して任意の被加熱物を狙って集中的にマイクロ波の放射ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】一実施例の高周波加熱装置の要部縦断面図。
【図２】一実施例の回転アンテナの平面図。
【図３】回転アンテナのマイクロ波エネルギーの放射特性を示す図。
【図４】被加熱物の温度分布を解析した結果を示す図である。
【図５】一実施例の高周波加熱装置の全体図。
【符号の説明】
【００２４】
１  加熱室
２  被加熱物載置板
３  高周波供給室
４  マグネトロン
５  導波管
６  結合穴
７  内導体
８  回転アンテナ
８ａ  弧状スリット
９  誘電体軸
１１  駆動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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