(57)【要約】【課題】左右対称に置かれた複数個の被加熱物を均一に加熱することが可能な回転アンテナの設計。【解決手段】加熱室の底面に設けられた誘電体製の被加熱物載置板と、被加熱物載置板の下方で加熱室の底面中央部に設けられた高周波供給室と、マグネトロンを取り付ける導波管と、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、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、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、誘電体軸を回転駆動する駆動部とを備え、回転アンテナを、約λ／４（λ：１２２mm）の長さのストリップ導体を有するストリップアンテナ８ａと、約λ／２以上近傍の長さを有する弧状スリットからなるスロットアンテナ８ｂが内導体７を挟んで対称に設置した構成とした。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を収容する加熱室と、
該加熱室の底面に設けられた誘電体製の被加熱物載置板と、
該被加熱物載置板の下方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、
該マグネトロンを取り付ける導波管と、
該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、
該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、
該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、
該誘電体軸を回転駆動する駆動部とを備え、
前記回転アンテナは、約λ／４（λ：１２２mm）の長さのストリップ導体を有するストリップアンテナと、約λ／２以上の長さを有する弧状スリットからなるスロットアンテナと、が前記内導体を挟んで対称に設置された回転アンテナで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、
前記ストリップ導体の幅はλ／６であり、前記弧状スリットの幅はλ／６で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】
従来の高周波加熱装置は、加熱室の底面に固着した誘電体製の被加熱物載置板を備え、加熱室底面中央部に設けた高周波供給室と導波管との結合穴部分に回転アンテナを備え、導波管により導かれる高周波を回転アンテナにより各方向に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食品などを高周波加熱するものである。
【０００３】
そして、この回転アンテナの形状は、金属板を扇形などに切り抜いたスリットを有するスロットアンテナと長方形状金属板からなるストリップで構成したストリップアンテナを組み合わせたものである（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−５９６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術の給電構造と回転アンテナ形状では、マグネトロンが配置されている側へのマイクロ波エネルギーの放射が強い場合が多かった。例えば、特許文献１の図１に示すように、加熱室の右側にマグネトロンを設けた場合は、回転アンテナの右側、すなわち加熱室右サイドにマイクロ波エネルギーの放射が偏るという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、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、約λ／４（λ：１２２mm）の長さのストリップ導体を有するストリップアンテナと、約λ／２以上近傍の長さを有する弧状スリットからなるスロットアンテナが前記内導体を挟んで対称に設置している。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の高周波加熱装置を用いることにより、マグネトロン配置に起因する加熱室内でのマイクロ波エネルギー照射の偏りを低減できる。従って、回転アンテナの指向性のみを考慮して回転アンテナ制御を行えば、特定位置に載置された被加熱物を集中して加熱する場合であっても、加熱室内の被加熱物を均一に加熱する場合であっても、マグネトロン配置に起因するマイクロ波エネルギーの偏りの影響を受けにくく、被加熱物の適切な加熱を容易に実現できる。
【０００８】
また、ストリップアンテナとスロットアンテナからのマイクロ波エネルギーの放射時における電界ベクトルの向きが本発明の構成では９０度異なり、互いの電界ベクトルが打ち消し合うことがないので、アンテナから効率よく加熱室内にマイクロ波エネルギーが放射される効果もある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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】回転アンテナを用いて被加熱物の温度分布を解析した結果を示す図。
【図５】一実施例の高周波加熱装置の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施例につき図１〜図５を参照して説明する。
【００１１】
図５は一実施例の高周波加熱装置５０の斜視図で、説明のため、側面および上方を覆うカバーを外すとともに、ドア５３を開放している。１は被加熱物を収容する加熱室である。２は被加熱物載置板で、加熱室１の底面に固着され誘電体からなる例えば結晶化ガラスで構成され被加熱物を載置する。４は高周波エネルギーを発生させるマグネトロンである。８は回転アンテナで、本実施例ではアルミニウム等良導電性の金属製の平板で構成される。５１はマグネトロン４などに電力を供給するインバータ電源であり、５２はマグネトロン４や回転アンテナ８などを制御する制御回路である。
【００１２】
図１は高周波加熱装置５０の要部縦断面図であり、被加熱物載置板２に被加熱物１２が載置されているものとする。３は高周波供給室で、被加熱物載置板２の中央部の下方に設けられている。５は導波管で、一端にはマグネトロン４が取り付けられ、他端は高周波供給室３に接続されており、マグネトロン４で発生した高周波エネルギーを高周波供給室３に導く。６は結合穴で、高周波供給室３の底面中央部に設けられ、導波管５を高周波供給室３に連通させマグネトロン４で発生した高周波エネルギーを高周波供給室３に放射する。７は内導体で、結合穴６を貫通して設けられ、導波管５から高周波供給室３内へ略垂直に臨んで設けられている。回転アンテナ８は、中心部を内導体７の一端に略水平に連結されている。９は誘電体軸で、内導体７と導波管５内で連結され、誘電体軸９の他端は導波管５に開けられた穴１０を通して導波管５の下部に設けられた駆動部１１に連結され、回転アンテナ８は駆動部１１により回転自在となっている。
【００１３】
マグネトロン４で発生した高周波エネルギーは導波管５に導かれ、結合穴６を貫通する内導体７との同軸結合により高周波供給室３に伝播され、さらに、高周波供給室３内では伝播された高周波エネルギーは回転アンテナ８に伝播され、回転アンテナ８から被加熱物載置板２を通して加熱室１内に放射される。
【００１４】
回転アンテナ８の詳細を図２を用いて説明する。図２の上図は、回転アンテナ８を上方から見た平面図であり、下図は、回転アンテナ８の断面図である。
【００１５】
図２に示すように、本実施例では、ストリップアンテナ８ａのストリップ導体長さを約λ／４、幅を約λ／６とし、スロットアンテナ８ｂの弧状スリット長さを約λ／２以上とし、幅をλ／６とする。すなわち、ストリップアンテナ８ａとスロットアンテナ８ｂが内導体７を挟んで対称に設置されている。なお、弧状スリットの長さは約λ／２以上であれば良く、回転アンテナに配置できる限り、何れの長さでも良い。
【００１６】
次に、以上の構成による作用を説明する。マグネトロン４から発生した高周波は、導波管５を伝播し高周波供給室３の底面中央部に設けられた結合穴６と内導体７との同軸結合により回転アンテナ８を介して高周波供給室３に伝播する。このとき回転アンテナ８のストリップアンテナ８ａからはｙ方向の向きと大きさを持った電界ベクトルのマイクロ波エネルギーが加熱室内に放射される。一方スロットアンテナ８ｂからはｘ方向の電界ベクトルのマイクロ波エネルギーが加熱室内に放射される。なお回転アンテナ８の指向性と放射強度は個々のストリップ導体長さ，弧状スリットの長さ・幅を変えることに調整ができる。回転アンテナ８は、ｘ−ｙ面に対象にマイクロ波エネルギーが放射されるような指向性を持たせるために、ストリップアンテナ８ａのストリップ導体長さを約λ／４、幅をλ／６に、スロットアンテナ８ｂの弧状スリット長さを約λ／２以上で、幅をλ／６とした。
【００１７】
ストリップアンテナ８ａのストリップ導体の長さをλ／４に選んだ理由は、この長さで接地型ダイポールアンテナを構成し、ストリップ導体先端の電界強度が最大となりマイクロ波エネルギーが効率よく放射されるためである。また、ストリップ導体の幅をλ／６に選んだ理由は、この幅より大きくなるとストリップ先端ではなく周囲からの放射が生じるようになり、指向性が鈍くなるためであり、幅を狭くすると電子レンジのようなマイクロ波加熱装置では回転アンテナを介して大電力（１０００Ｗ）を放射させるために、放電が生じるためである。
【００１８】
スロットアンテナ８ｂの弧状スリットの長さをλ／２以上に選んだ理由は、この長さ以下では遮断波長となりマイクロ波がスリットから放射されないが、λ／２以上に選べば弧状スリットで共振が起こり、効率よくマイクロ波エネルギーがこの弧状スリットを通して放射されるためである。また、弧状スリットの幅をλ／６に選んだ理由は、幅が狭すぎるとスリットで放電が起こるという問題があり、幅が広すぎると電界強度が弱まって指向性が失われるという問題があるため、これらを考慮してλ／６という幅を選んでいる。
【００１９】
回転アンテナ８の放射特性の効果を調べるため次の解析を行った。まず、回転アンテナ８の放射特性をＴＬＭ法を用いた電磁界解析で計算して求めた結果を図３に示す。放射特性は回転アンテナ８の内導体７の中心でｘ−ｙ面での特性を示している。ここに示されるように、回転アンテナ８はｘ−ｙ面で内導体７を中心に左右ほぼ対称な放射特性を持っていることがわかる。
【００２０】
次に、回転アンテナ８の真上中心部の被加熱物載置板上に２００mlの水を入れたビーカを左右に並べて加熱したときの温度分布を同様に計算して求めた結果を図４に示す。図４は２００ml水負荷１２のｚ方向中心でのｘ−ｙ面の温度分布である。図で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。ここに示されるように、左ビーカの中心から右下にかけての温度上昇が高く、右ビーカの中心から左下にかけての温度上昇が高く、両ビーカは左右ほぼ対象に加熱されていること、つまり、水を入れたビーカを配置したときであっても回転アンテナ８は左右ほぼ対称な放射特性を持っていることがわかる。
【００２１】
実際に、回転アンテナ８を用いて１０００Ｗのマイクロ波電力を投入して左右の両ビーカを加熱した後、両ビーカの水を攪拌し、ビーカ中央の水の温度を測定した結果も左右のビーカの温度差は実測で２℃以内に均等に加熱されていることを確認した。
【００２２】
これらの結果が示すように、回転アンテナ８を上述した構成にすることにより、回転アンテナ８に左右対称な放射特性を持たせることができるので、従来のようにマグネトロンが設置されている側の回転アンテナからのマイクロ波エネルギーの放射が強いという欠点を解消できた。
【００２３】
このように、回転アンテナ８にストリップアンテナ８ａとスロットアンテナ８ｂを内導体７を挟んで対象に配置した構成により、回転アンテナ８に対称な指向性をもたせることができ、被加熱物載置板２上の中心部に左右対称に置かれた被加熱物を均一に加熱することが可能な高周波加熱装置を提供することができる。
【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  ストリップアンテナ
８ｂ  スロットアンテナ
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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