【手続補正書】
【提出日】平成17年10月17日(2005.10.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  マイクロ波加熱装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】被加熱物を収納する加熱室と、導波管と、前記導波管を介して前記加熱室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、前記加熱室の底面を形成する金属面に設けた開口部と、記開口部のインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変手段からなるマイクロ波加熱装置であって、
前記インピーダンス可変手段は、前記開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、前記溝部内の誘電体と、前記誘電体からなる可動部を駆動し、前記溝部内を伝搬するマイクロ波の伝搬条件を変化させる駆動手段とを有する構成としたマイクロ波加熱装置。
【請求項２】開口部上に加熱室の底面全体を覆う被加熱物載置用の載置台を有する構成とした請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項３】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マイクロ波供給手段と、前記加熱室を形成する金属面に設けた開口部と、前記開口部のインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変手段とを有し、前記開口部の位置は、前記開口部が無い場合に前記加熱室内に生じる定在波の節の位置としたマイクロ波加熱装置。
【請求項４】開口部の位置は、実用的な被加熱物において、前記開口部が無い場合に加熱室内に生じる定在波の節の位置とした請求項３記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項５】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マイクロ波供給手段と、前記加熱室を形成する金属面に設けた開口部と、前記開口部のインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変手段とを有し、前記インピーダンス可変手段は、前記開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、前記溝部内で回転可能な板状の誘電体からなる可動部と、前記誘電体を回転駆動する駆動手段とを有し、前記誘電体の幅広面が前記溝部の深さ方向に対して垂直な時に前記開口部のインピーダンスを略零としたマイクロ波加熱装置。
【請求項６】可動部が溝部の深さ方向に対して垂直な時に、前記溝部内に定在波を１個たてることで開口部のインピーダンスを零または零に近い値とした請求項５記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項７】可動部が溝部の深さ方向に対して水平な時に開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値とした請求項５または６記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項８】可動部が溝部の深さ方向に対して水平な時に、前記溝部内に定在波を１／２個たてることで開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値とした請求項７記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項９】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マイクロ波供給手段と、前記加熱室を形成する金属面に設けた開口部と、前記開口部のインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変手段とを有し、前記インピーダンス可変手段は、前記開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、前記溝部内の誘電体からなる可動部と、前記可動部を駆動する駆動手段とを有し、前記溝部は、深さが１／４波長に満たない導波管形状で構成したマイクロ波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波エネルギを用いて被加熱物を誘電加熱するマイクロ波加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の代表的なマイクロ波加熱装置として電子レンジがある。電子レンジにおいては、マイクロ波供給手段として、マグネトロンが放射したマイクロ波を導波管を介して加熱室に供給するのが一般的である。被加熱物としての食品は、マイクロ波の電界成分と食品の誘電定数に応じて発熱する。食品の単位体積当たり吸収される電力Ｐ［Ｗ／ｍ３］は、加えられる電界の強さＥ［Ｖ／ｍ］、周波数ｆ［Ｈｚ］、および食品の比誘電率εｒ、誘電正接ｔａｎδにより（数１）として表される。
【０００３】
【数１】
2000150137.tif 000001
【０００４】
ここで、加熱室内のマイクロ波は、加熱室の形状と、加熱室と導波管の結合部に形成される給電開口部の位置によって、何らかの定在波を生じる。電子レンジでは、周波数ｆが一定（主として約２４５０ＭＨｚ）であるから定在波分布も一定となり、食品の加熱分布は概ね定在波分布によって決まるため、定在波分布に従った加熱むらを生じる。
【０００５】
食品が加熱室内に無くて、加熱室が直方体の場合は、加熱室を空胴共振器と考えることができて、加熱室の寸法と給電開口部の位置により、立ちうる定在波分布を求めることができる。通常、加熱室形状を三次元で表し、各方向の寸法をｘ、ｙ、ｚとする時、それぞれの方向に電界の強いところ（定在波の腹）を数えてｍ、ｎ、ｐだけあれば、そのモードは（ｍｎｐ）であるという。モードは（数２）を満たすｍ、ｎ、ｐの組合せとなる。（ｘ、ｙ、ｚはｍｍ単位、ｍ、ｎ、ｐは整数、ｆ＝２４５０ＭＨｚの場合は波長λｏ≒１２２ｍｍ）
【０００６】
【数２】
2000150137.tif 000002
【０００７】
たとえばλｏ＝１２２ｍｍでモード（４３１）をたてようと思えば、（数２）をほぼ満たす寸法のｘ＝３３０ｍｍ、ｙ＝３００ｍｍ、ｚ＝２１５ｍｍなどを選ぶことができる。ただし、一般的な電子レンジの寸法では、同時に（数２）を満たすモードが複数個考えられるのが普通である。
【０００８】
次に給電開口部の位置によるモードの限定について説明する。給電開口部から加熱室へマイクロ波が出る場合、給電開口部を挟み込むような逆向きの強電界が生じるため、給電開口部の中央は電界が弱く（定在波の節）なるような状態が安定となる。よって給電開口部の中央が定在波の腹となるようなモードは起こりにくくなり、モードを限定することができる。
【０００９】
一方、食品がある場合は、食品の誘電率による波長圧縮の影響などで（数２）からずれが生じることも知られている。
【００１０】
さて以上のような原理に基づいて生じる定在波分布に対して、被加熱物の加熱の均一化を図る手段として、一般的には電波攪拌方式、被加熱物回転方式、複数給電方式あるいは加熱室壁面の凹凸形状などが実用化されている。
【００１１】
電波攪拌方式は、加熱室内に設けた金属性の板状羽根を回転駆動させる構成からなる。この方式は、マイクロ波空間を形成する金属境界面や被加熱物の表面で反射を繰り返しながら伝搬しているマイクロ波が金属性の板状羽根によっても反射する。この金属性の板状羽根からのマイクロ波の反射は、板状羽根が無い場合と比べて、マイクロ波空間内でのマイクロ波の伝搬経路を増加させるものであり、被加熱物全体にマイクロ波を乱反射させて被加熱物の加熱の均一化を促進させるものである。
【００１２】
被加熱物回転方式は、被加熱物を載置するターンテーブルを回転駆動させる構成からなる。この方式では、マイクロ波空間構造とその内部に収納した被加熱物の種類や形状等により決定されたマイクロ波空間内に生じるマイクロ波の伝搬分布に対して、被加熱物の方を移動させ被加熱物全体にマイクロ波を伝搬させ被加熱物の加熱の均一化を促進させるものである。
【００１３】
複数給電方式は、加熱室を形成する金属境界面の複数の個所からマイクロ波を給電する構成からなる。この方式は、単一の給電と比べて最も大きな特徴は、位相の異なった複数のマイクロ波が加熱室内に給電されることである。位相の異なるマイクロ波を伝搬させることにより、上記電波攪拌方式と同様に加熱室内にマイクロ波の乱反射状態を生じさせるものである。
【００１４】
加熱室壁面の凹凸形状方式は、加熱室を形成する金属境界面に凹凸を設けた構成からなる。この方式は、凹凸を有する金属境界面によってマイクロ波を乱反射させるものである。
【００１５】
さらに加熱の均一化を図るその他の方法として、加熱分布を推定できるような何らかの情報を検出し、検出結果に応じてマイクロ波の放射方向を制御するものがある。
【００１６】
特開平８−３２１３７８号公報には、ターンテーブルと、ターンテーブル下の回転アンテナ（あるいは回転導波管）を有し、被加熱物の温度や重量などの検出結果に基づいて、各々の位置制御を行う例が示されている。
【００１７】
特開平１０−１７２７５０号公報には、同様の検出結果に基づいて、ターンテーブルは無くても、複数の放射アンテナを切り替えてかつ位置制御することで任意の部位を加熱できる例が示されている。
【００１８】
これら２件の例は、マイクロ波によって発生した加熱むらを補うように、指向性のあるマイクロ波の放射手段を制御するので、均一化の効果が極めて高いものである。
【００１９】
また被加熱物の加熱の効率化を図る手段として、可変マッチング方式がある。
【００２０】
可変マッチング方式は、マグネトロンが放射したマイクロ波を導波管を介して加熱室に供給する際、導波管内に可変マッチング素子を配置し、操作キーや検知手段に基づいて被加熱物に関する情報（量、大きさ、形状など）を推定し、最もマッチングが取れる（マイクロ波のマグネトロンへの反射をできるだけ少なくして効率的に加熱室へ伝送する）ように可変マッチング素子の位置を制御するものである。
【００２１】
特開平５−２６６９７６号公報には、ポスト状の可変マッチング素子を、加熱室上面に配置した導波管内で平行移動させて位置制御する例が示されている。
【００２２】
また特開平６−１０４０７８号公報には、金属板からなる可変マッチング素子を、加熱室上面に配置した導波管内で回転または停止させて位置制御する例が示されている。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電波攪拌方式のマイクロ波空間は、金属性板状羽根によって反射されるマイクロ波をマイクロ波空間内に均一に乱反射させることに物理的限界がある。これは、マイクロ波の伝搬速度に対して、金属性板状羽根の回転速度があまりに遅いことによるものであり、金属性板状羽根の回転速度を制御したとしても被加熱物全体に均一にマイクロ波を伝搬させることは非常に難しい。従って、被加熱物の種類や量によっては、不測の不均一な加熱分布が生じることを抑制することが難しいという問題を有していた。
【００２４】
また、被加熱物回転方式は、被加熱物の種類や量によってマイクロ波空間内に生じるマイクロ波分布は自ずと決まってしまうため、一つの被加熱物に対応して生じたマイクロ波分布がその被加熱物を均一に加熱することに対して不適であってもその電磁波分布を変更することができないという問題を有していた。
【００２５】
また、複数給電方式は、理想的な挙動としては前述したとおりであるが、一つの給電部から放射されるマイクロ波の挙動が他の給電部から放射されたマイクロ波からの影響を受ける。このため、給電部が複数個あっても、その複数の給電構成によって決定される特定のマイクロ波伝搬がマイクロ波空間内に生じるので、被加熱物の種類や量によっては、不測の不均一な加熱分布が生じることを抑制することが難しいという問題を有していた。
【００２６】
また、マイクロ波空間壁面の凹凸形状構造は、被加熱物の加熱の均一化を促進できうる乱反射をマイクロ波空間内に生じさせるには、壁面全体にいわゆるゴルフボールのディンプルのような凹凸を配するとともにそのディンプルの深さ寸法あるいは突出寸法を使用するマイクロ波の波長に対して無視できない寸法、例えば１／１０波長寸法以上にすることが必要である。この結果、マイクロ波空間の構成が複雑となり実用性に難しい構成を強いられるという問題を有していた。
【００２７】
また、加熱分布を推定できるような何らかの情報を検出し、検出結果に応じてマイクロ波の放射方向を制御するものは、加熱の均一化という面では理想的である。しかし、マイクロ波の放射方向を制御するために、ターンテーブルや回転アンテナや回転導波管を組み合わせたり、複数個用いたりしなければならない。また、回転アンテナや回転導波管を導体を用いて構成してマイクロ波を供給する場合、長さは少なくとも１／４波長以上（半波長ダイポールアンテナ等は半波長）必要である上、回転アンテナや回転導波管に給電するための構成も必要である。加えて、大きなエネルギーのマイクロ波を放射する手段を駆動することになるので、安全性や信頼性を確保するための工夫（たとえばスパークを防止するために、アンテナと加熱室壁面との距離をとらないといけないとか）も必要である。よって構成が大掛かりで複雑になるという問題を有していた。また同様に、安全性や信頼性を確保するための検討に手間がかかるという問題を有していた。
【００２８】
さらに、可変マッチング方式は、マグネトロンと加熱室の間でマイクロ波が反射してマグネトロンに戻ってしまうのを防ぐために、マグネトロンと加熱室の間（導波管内）に可変マッチング素子を配置しなければならない。そして被加熱物に応じて可変マッチング素子の位置を制御する事で加熱の効率化を図るので、被加熱物に関する情報を得るためには必ず操作キーや検出手段と連動して位置制御しなければならない。さらに可変マッチング方式は、根本的な問題として、マグネトロンから加熱室内へ伝送されるマイクロ波の量を変える事はできるが、加熱分布を変えるものではなく、加熱分布の均一化を図ることはできないという問題を有していた。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室と、導波管と、前記導波管を介して前記加熱室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、前記加熱室の底面を形成する金属面に設けた開口部と、記開口部のインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変手段からなるマイクロ波加熱装置であって、前記インピーダンス可変手段は、前記開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、前記溝部内の誘電体と、前記誘電体からなる可動部を駆動し、前記溝部内を伝搬するマイクロ波の伝搬条件を変化させる駆動手段とを備えている。
【００３０】
上記発明によれば、マイクロ波供給手段から加熱室内に供給されたマイクロ波により、加熱室を形成する金属面に生じる高周波電流の流れは開口部によって流れが分断されるので、マイクロ波は開口部に接続したインピーダンス可変手段の溝部内へ伝搬する。溝部を伝搬するマイクロ波は溝部の終端まで伝搬し、この終端で反射して再び開口部を経て加熱室内を伝搬する。溝部内のマイクロ波伝搬経路の途中に設けた誘電体からなる可動部は、溝部内のマイクロ波伝搬条件を変化させる。このマイクロ波伝搬条件を変化させることで開口部に生じるインピーダンス値を零から理想的には無限大まで変えることができる。
【００３１】
この開口部は高周波電流の流れを分断するように設けられており、開口部のインピーダンスを零にすると、高周波電流の流れは分断されない。一方、開口部のインピーダンスを無限大にすると高周波電流は全く流れなくなる。開口部のインピーダンスの変化は、加熱室に生じうるマイクロ波分布を変化させる。また、開口部に入射するマイクロ波の入射波と反射波との位相差は、開口部のインピーダンスが零の場合１８０度であり、開口部のインピーダンスが無限大の場合０度となる。従って開口部のインピーダンスを変えることで加熱室内にマイクロ波を多重伝搬させ、さまざまなマイクロ波分布を形成させることができ、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。特に本発明では、開口部を加熱室の底面に設けており、被加熱物と近い位置でインピーダンスを変化させるので、最も効果的に被加熱物の加熱分布を変えることができ、被加熱物全体の加熱の均一化を最も促進させることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室と、導波管と、前記導波管を介して前記加熱室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、前記加熱室の底面を形成する金属面に設けた開口部と、記開口部のインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変手段からなるマイクロ波加熱装置であって、前記インピーダンス可変手段は、前記開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、前記溝部内の誘電体と、前記誘電体からなる可動部を駆動し、前記溝部内を伝搬するマイクロ波の伝搬条件を変化させる駆動手段を備えている。
【００３３】
そして、マイクロ波供給手段から加熱室内に供給されたマイクロ波により、加熱室を形成する金属面に生じる高周波電流の流れは開口部によって流れが分断されるので、マイクロ波は開口部に接続したインピーダンス可変手段の溝部内へ伝搬する。溝部を伝搬するマイクロ波は溝部の終端まで伝搬し、この終端で反射して再び開口部を経て加熱室内を伝搬する。溝部内のマイクロ波伝搬経路の途中に設けた可動部は、溝部内のマイクロ波伝搬条件を変化させる。このマイクロ波伝搬条件を変化させることで開口部に生じるインピーダンス値を零から理想的には無限大まで変えることができる。
【００３４】
この開口部は高周波電流の流れを分断するように設けられており、開口部のインピーダンスを零にすると、高周波電流の流れは分断されない。一方、開口部のインピーダンスを無限大にすると高周波電流は全く流れなくなる。開口部のインピーダンスの変化は、加熱室に生じるマイクロ波分布を変化させる。また、開口部に入射するマイクロ波の入射波と反射波との位相差は、開口部のインピーダンスが零の場合１８０度であり、開口部のインピーダンスが無限大の場合０度となる。
【００３５】
従って、開口部のインピーダンスを変えることで加熱室内にマイクロ波を多重伝搬させ、さまざまなマイクロ波分布を形成させることができ、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。特に本発明では、開口部を加熱室の底面に設けており、被加熱物と近い位置でインピーダンスを変化させるので、最も効果的に被加熱物の加熱分布を変えることができ、被加熱物全体の加熱の均一化を最も促進させることができる。
【００３６】
また、マイクロ波加熱装置は、開口部上に加熱室の底面全体を覆う被加熱物載置用の載置台を有している。
【００３７】
そして、載置台が底面全体を覆うので、ターンテーブルを用いた時のようなコーナー部のデッドスペースがなく、被加熱物をどこにでも置くことができたり、底面と同等のサイズの被加熱物を置いて、加熱の均一化を図る事ができる。加えて、載置台が開口部を塞ぐ役割をも果たすので、専用の開口部用のカバーを不要にできる。
【００３８】
また、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マイクロ波供給手段と、前記加熱室を形成する金属面に設けた開口部と、前記開口部のインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変手段とを有し、前記開口部の位置は、前記開口部が無い場合に前記加熱室内に生じる定在波の節の位置としている。
【００３９】
そして、開口部の位置は、開口部が無い場合に加熱室内に生じる定在波の節の位置としており、定在波の節の位置では基本的に電界が弱いので、開口部の電界も弱くなり、インピーダンス可変手段への電界集中を避ける事ができる。従って安全性、信頼性の高い均一加熱ができる。
【００４０】
また、請求項４のマイクロ波加熱装置は、開口部の位置は、実用的な被加熱物において、前記開口部が無い場合に加熱室内に生じる定在波の節の位置としている。
【００４１】
そして、被加熱物の大きさや形状や誘電特性によっては定在波が変化する可能性があるが、実用的な被加熱物において加熱室内に生じる定在波の節の位置に開口部を設けるので、確実にインピーダンス可変手段への電界集中を避ける事ができる。従って安全性、信頼性の高い均一加熱ができる。
【００４２】
また、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マイクロ波供給手段と、前記加熱室を形成する金属面に設けた開口部と、前記開口部のインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変手段とを有し、前記インピーダンス可変手段は、前記開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、前記溝部内で回転可能な板状の誘電体からなる可動部と、前記可動部を回転駆動する駆動手段とを有し、前記誘電体の幅広面が前記溝部の深さ方向に対して垂直な時に前記開口部のインピーダンスを零または零に近い値としている。
【００４３】
そして、可動部が溝部の深さ方向に対して垂直（この状態を可動部の基準の角度０とする）の時に開口部のインピーダンスを零または零に近い値とするので、可動部の角度が０から変化するにつれて溝部内のマイクロ波の実効長が短くなっていき、開口部のインピーダンスがずれて増えていく。従って開口部のインピーダンスを容易に零以上で変化させる事ができ、加熱の均一化を促進させることができる。
【００４４】
また、マイクロ波加熱装置は、可動部が溝部の深さ方向に対して垂直な時に、前記溝部内に定在波を１個たてることで開口部のインピーダンスを零または零に近い値としている。
【００４５】
そして、開口部のインピーダンスを零または零に近い値にするためには、溝部内の定在波を１以上の自然数個たてれば良いが、溝部内に定在波を１個たてるので、最も深さの浅い溝部で開口部のインピーダンスを零または零に近い値にできる。すなわち、最も小型の構成で加熱の均一化を促進させることができる。
【００４６】
また、マイクロ波加熱装置は、可動部が溝部の深さ方向に対して水平な時に開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値としている。
【００４７】
そして、可動部が垂直の時に開口部のインピーダンスを零または零に近い値として、かつ水平の時に開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値とするので、可動部の角度により開口部のインピーダンスを零または零に近い値から無限大または無限大に近い値の全範囲で変化させる事ができ、任意のインピーダンスでより一層加熱の均一化を促進させることができる。
【００４８】
また、マイクロ波加熱装置は、可動部が溝部の深さ方向に対して水平な時に、前記溝部内に定在波を１／２個たてることで開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値としている。
【００４９】
そして、開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値にするためには、溝部内の定在波を（２ｎ−１）／２個（ただしｎは１以上の自然数）たてれば良いが、溝部内に定在波を１／２個たてるので、最も深さの浅い溝部で開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値にできる。すなわち、最も小型の構成で加熱の均一化を促進させることができる。
【００５０】
さらに、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マイクロ波供給手段と、前記加熱室を形成する金属面に設けた開口部と、前記開口部のインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変手段とを有し、前記インピーダンス可変手段は、前記開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、前記溝部内の誘電体からなると、前記可動部を駆動する駆動手段とを有し、前記溝部は、深さが１／４波長に満たない導波管形状で構成している。
【００５１】
そして、インピーダンス可変手段が、開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、溝部内の誘電体からなる可動部と、可動部を駆動する駆動手段とを有し、溝部を、深さが１／４波長に満たない導波管形状としたので、従来の回転アンテナや回転導波管の常識では考えられない極めて小さな構成で開口部のインピーダンスを変化させて、加熱の均一化を促進させることができる。
【００５２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００５３】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１を示すマイクロ波加熱装置の概要を説明するためのブロック図である。被加熱物１を加熱室２に収納し、マイクロ波供給手段３から加熱室２にマイクロ波を供給し、加熱室２の底面４を形成する金属面に開口部５を設けている。インピーダンス可変手段６は、開口部５のインピーダンスを変更可能なもので、開口部５に接続されて終端が閉じられた溝部７の中に駆動自在な誘電体からなる可動部８を構成し、駆動手段９により可動部体８を駆動することで開口部５のインピーダンスを変更し、さまざまな加熱分布を発生させて均一化を図っている。
【００５４】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２を示し、マイクロ波加熱装置として代表的な電子レンジの要部構成断面図である。食品などに代表される被加熱物１を、加熱室２の底面４全体を覆う載置台１０上に載置し、代表的なマイクロ波供給手段であるマグネトロン１１からのマイクロ波を導波管１２を介して加熱室２に供給し、被加熱物１を加熱している。導波管１２と加熱室２の結合は給電開口部１３にて行い、マイクロ波が透過可能な給電開口カバー１４が給電開口部１３を塞いでいる。加熱室２の底面４を形成する金属面に開口部５を設け、インピーダンス可変手段６により開口部５のインピーダンスを変更可能としている。インピーダンス可変手段６は、開口部５に接続されて終端が閉じられた溝部７の中に駆動自在な低誘電損失材料の誘電体からなる可動部８を構成し、代表的な駆動手段であるステッピングモータ１５により可動部８を回転駆動させている。
【００５５】
インピーダンス可変手段６の作用については、加熱室２内のマイクロ波により、加熱室２の底面４を形成する金属面に生じる高周波電流の流れは開口部５によって流れが分断されるので、マイクロ波は開口部５に接続したインピーダンス可変手段６の溝部７内へ伝搬する。溝部７を伝搬するマイクロ波は溝部７の終端１６まで伝搬し、この終端で反射して再び開口部５を経て加熱室２内を伝搬する。溝部７内のマイクロ波伝搬経路の途中に設けた可動部８は、溝部７内のマイクロ波伝搬条件を変化させる。このマイクロ波伝搬条件を変化させることで開口部５に生じるインピーダンス値を理想的には零から無限大まで変えることができる。
【００５６】
この開口部５は高周波電流の流れを分断するように設けられており、開口部５のインピーダンスを零にすると、高周波電流の流れは分断されない。一方、開口部５のインピーダンスを無限大にすると高周波電流は全く流れなくなる。開口部５のインピーダンスの変化は、加熱室２に生じうるマイクロ波分布を変化させる。
【００５７】
また、開口部５に入射するマイクロ波の入射波と反射波との位相差は、開口部５のインピーダンスが零の場合１８０度であり、開口部５のインピーダンスが無限大の場合０度となる。従って開口部５のインピーダンスを変えることで加熱室２内にマイクロ波を多重伝搬させる事で、さまざまな加熱分布を発生させて均一化を図っている。
【００５８】
本実施例では、底面４に開口部５を設けているので、被加熱物１と近い位置でインピーダンスを変化させるので、最も効果的に加熱分布を変える事ができ、均一化を最も促進させる事ができる。
【００５９】
また本実施例では、載置台１０が底面４全体を覆うので、ターンテーブルを用いた時のようなコーナー部のデッドスペースがなく、被加熱物１をどこにでも置くことができたり、底面４と同等のサイズの被加熱物１を置いて、加熱の均一化を図る事ができる。加えて、載置台１０が開口部５を塞ぐ役割も果たすので、専用の開口部用のカバーを不要にできる。
【００６０】
また本実施例では、溝部７を開口部５から直下に伸ばすのではなく左側に折り曲げた位置に終端１６を構成している。この構成により溝部７の高さ方向の寸法を薄くできる効果がある。
【００６１】
また本実施例では、ステッピングモータ１５により可動部８を回転駆動させるので、可動部８の幅広面が終端１６に対する角度（溝部の深さ方向に対する角度）を垂直状態１７にしたり、水平状態１８にしたり、あるいは中間の角度にしたりと、容易に精度良く位置決めする事ができる。この構成により加熱分布をこまやかに変更できる効果がある。
【００６２】
さらに本実施例では、制御手段１９が、操作キーに代表されるような使用者が設定する設定手段２０により、ステッピングモータ１５による可動部８の位置制御と、マグネトロン１１からのマイクロ波の発振制御を行うものである。この構成により加熱分布と加熱出力（あるいは加熱時間）の双方を組み合わせて制御できるので、使用者の希望に合った加熱分布を実現できる効果がある。
【００６３】
（実施例３）
図３は本発明の実施例３を示すマイクロ波加熱装置の構成図である。加熱室２のｘ、ｙ、ｚ方向の電界の強いところ（定在波の腹）を破線２１ａ、２１ｂ、それぞれの電界の向きを２２ａ、２２ｂとして示しており、モードは（２０１）である。図中２３ａ、２３ｂ、２３ｃは開口部としてふさわしい位置を示しており、それぞれ定在波の節の位置と言える。開口部２３ａは、ｘ−ｚ平面の定在波の腹２１ａ、２１ｂの中間の位置なので定在波の節である。開口部２３ｂのｙ−ｚ平面と開口部２３ｃのｘ−ｙ平面には定在波の腹／節が無く、面全体が電界の節である。
【００６４】
本実施例では、開口部２３ａ、２３ｂ、２３ｃを定在波の節の位置に構成しており、開口部近傍の電界が弱いため、インピーダンス可変手段への電界の集中を避ける事ができる。従って安全性、信頼性の高い均一加熱ができる。
【００６５】
（実施例４）
図４は本発明の実施例４を示す電子レンジの要部構成断面図である。前述の実施例で示した符号と同一符号で同一機能のものについては一部説明を省略する。本実施例では、開口部５やインピーダンス可変手段６を天面に構成し、開口部５を開口カバー２４で覆う構成としている。開口部５は、被加熱物１が有る状態での天面上の定在波の腹２５ａ、２５ｂの中間に位置し、すなわち定在波の節の位置に構成していると言える。ちなみに図中のモードはｘ方向に３、ｙ方向に１である。
【００６６】
本実施例では、被加熱物１が有る状態での定在波の節の位置に開口部５を設けるので、確実にインピーダンス可変手段６への電界集中を避ける事ができる。従って安全性、信頼性の高い均一加熱ができる。
【００６７】
また本実施例では、ターンテーブル２６上に被加熱物１を載置しており、ターンテーブル２６はシャフト２７を介してモータ２８により回転駆動されている。また温度検知手段２９は被加熱物の温度分布を検出するもので、制御手段３０は、温度検出手段２９からの信号により、駆動手段９やモータ２８の駆動制御とマグネトロン１１の発振制御を行うものである。発生する温度分布を見ながら分布を変えるので、被加熱物毎に適切な均一加熱ができる。
【００６８】
（実施例５）
図５〜図７に本発明の実施例５を示す。
【００６９】
図５、図６はインピーダンス可変手段の構成図である。前述の実施例で示した符号と同一符号で同一機能のものについては一部説明を省略する。図５は可動部８の幅広面が溝部７の深さ方向に対して垂直な状態、図６は可動部８の幅広面が溝部７の深さ方向に対して水平な状態を示し、（ａ）は溝部７の幅広面を見た上面図、夫々（ｂ）は夫々の（ａ）のＡ−Ａ’縦断面図を示している。本実施例では、溝部７は直方体であり、長方形の開口部５の長辺ａ＝８０ｍｍ、短辺ｂ＝３０ｍｍのまま終端１６まで深さＬ＝４１．５ｍｍだけ引き伸ばした形状としている。また可動部８は、長辺ｃ＝７８ｍｍ、短辺ｄ＝２７ｍｍ、厚さｔ＝６．２ｍｍで、可動部８の中心は終端１６から距離ＬＢ＝２０ｍｍの位置にある。また可動部８の材料として低誘電損失のものを用いており、代表的な誘電特性は、比誘電率εｒ＝１２．３、誘電正接ｔａｎδ＝０．００３６である。以上の条件により、溝部７内に入射したマイクロ波は可動部８により反射するものと透過するものに分かれる。誘電体８を透過したものは終端１６で反射するが、再度可動部８により反射するものと透過するものに分かれる。というような現象を繰り返し、結局は溝部７内に図中の楕円形状の破線（等電界強度線図）で示したような電界分布３１、３２を発生させる。
【００７０】
図５の場合、電界分布３１は、ａ方向に１、ｂ方向に０、Ｌ方向に１の（１０１）モードの定在波になり、開口部５で電界が弱くなる。すなわち、あたかも開口部５におけるインピーダンスを零にして、入射波と反射波の位相差を１８０度としたような状態（開口部５を金属板で塞いでいるのと同じ状態）を実現しているのである。
【００７１】
一方図６の場合、電界分布３２は、ａ方向に１、ｂ方向に０、Ｌ方向には１／２の定在波になり、開口部５で電界が強くなる。これは溝部７の深さ方向へのマイクロ波の実効長が図５の２倍程に長くなったとも言える。すなわち、あたかも開口部５におけるインピーダンスを無限大にして、入射波と反射波の位相差を０としたような状態を実現しているのである。
【００７２】
本実施例においては、可動部８の幅広面が溝部７の深さ方向に対して垂直（この状態を可動部８の基準の角度０とする）の時に開口部５のインピーダンスを零とするので、可動部８の角度が０から変化するにつれて溝部内のマイクロ波の実効長が短くなっていき、開口部のインピーダンスがずれて増えていく。そして可動部８の幅広面が溝部７の深さ方向に対して水平（角度９０度）の時に開口部５のインピーダンスを無限大とするので、可動部８の角度により開口部５のインピーダンスを零から無限大の全範囲で変化させる事ができ、任意のインピーダンスでより一層加熱の均一化を促進させることができる。
【００７３】
また、開口部５のインピーダンスを零にするためには、溝部７内の定在波を１以上の自然数個たてれば良いが、溝部７内に定在波を１個たてるので、最も深さの浅い（Ｌの短い）溝部７で開口部５のインピーダンスを零にできる。同様に、開口部５のインピーダンスを無限大にするためには、溝部７内の定在波を（２ｎ−１）／２個（ただしｎは１以上の自然数）たてれば良いが、溝部７内に定在波を１／２個たてるので、最も深さの浅い（Ｌの短い）溝部７で開口部５のインピーダンスを無限大にできる。すなわち、最も小型の構成で加熱の均一化を促進させることができる。
【００７４】
さて本実施例の溝部７について、別の視点から説明を加える。溝部７をいかに小型化しようと考えても、マイクロ波が入射できるためには寸法ａ、ｂに制限がある。溝部７を長さＬの短い導波管と考えて説明すると、少なくとも長辺ａはマイクロ波の波長λｏの半分より大きくないといけない。一般の導波管では、長辺ａ方向に１、短辺ｂ方向に０なる（１０）モードを立てるために、λｏ／２＜ａ＜λｏ、ｂ＜λｏ／２に選んでいる。本実施例では、λｏ＝１２２ｍｍとおくと、６１ｍｍ＜ａ＜１２２ｍｍ、ｂ＜６１ｍｍを満たさなければならないので、ａ＝８０ｍｍ、ｂ＝３０ｍｍを選んでいる。さらに導波管内を伝搬する方向（溝の深さ方向）の管内波長λｇの定義は、長辺ａ方向の電界の強いところの数をｍ、短辺ｂ方向の電界の強いところの数をｎとすれば（数３）となる。前述の通り（１０）モードすなわちｍ＝１、ｎ＝０を採用すると（数４）となる。
【００７５】
【数３】
2000150137.tif 000003
【００７６】
【数４】
2000150137.tif 000004
【００７７】
よって本実施例のように、ａ＝８０ｍｍ、ｂ＝３０ｍｍならλｇ≒１８８ｍｍになる。（ただし寸法はすべて板厚を含まない内寸であり、導波管内は真空または空気層のみの場合である。）１波長につき電界の強いところが２回発生するから、逆に、導波管内を伝搬する方向（溝部７の深さ方向）に定在波モードを１つだけ立てるためには、λｇ／２≒９４ｍｍ必要となり、定在波モードを１／２だけ立てるためにはλｇ／４≒４７ｍｍ必要となる。一方、本実施例の場合、可動部８を垂直あるいは水平に用いる事で、いずれも４１．５ｍｍ、すなわちλｇ／４未満で実現できているのである。一般に導波管に限らず回転アンテナなど導体を用いてマイクロ波を扱うものは、長さは少なくとも１／４波長以上（半波長ダイポールアンテナ等は半波長）必要であり、本発明に小型化の効果がある事はあきらかである。
【００７８】
図７は、インピーダンス可変手段と導波管の構成図を示し、（ａ）はインピーダンス可変手段でＬ＝４１．５ｍｍ、（ｂ）は深さ方向に定在波モードを１／２だけ立てる導波管でＬ１＝４７ｍｍ（深さがλｇ／４）、（ｃ）は深さ方向に定在波モードを１つだけ立てる導波管でＬ２＝９４ｍｍ（深さがλｇ／２）である。
【００７９】
また導波管の場合は、開口部５のインピーダンスを変化させるためには、図７（ｂ）と（ｃ）およびその間の条件を作り出さなければならない。たとえば、（ｃ）のような深さＬ２＝９４ｍｍの導波管内に金属の反射板を入れ、開口部５からの距離を４７ｍｍ〜９４ｍｍの間で動かす事が考えられる。この場合は導波管自体が長くなるのに加えて反射板の駆動距離も大きくなってしまう。
【００８０】
本実施例は、溝部７を、深さが１／４波長に満たない導波管形状としたので、従来の回転アンテナや回転導波管の常識では考えられない極めて小さな構成で開口部のインピーダンスを変化させて、加熱の均一化を促進させることができる。
【００８１】
なお、可動部の材料として比誘電率と誘電正接の数値を示したが、この値だけに限定されるものではない。我々の実験では、誘電率εｒが７〜２０の範囲で同様の結果を確認しているし、誘電率εｒを大きくする場合は、厚さｔを薄くする事で同様の効果が得られる事も分かってきている。また誘電正接ｔａｎδについては、（数１）から明らかなように、値が小さいほどマイクロ波を吸収しにくいので、値の小さいものを選んでいるにすぎない。よって我々の実験ではアルミナ、ムライト、コージライトなどで検討はしているが、これらに限定されるものではなく、低損失誘電材料として考えうる他のセラミック系、ガラス系、さらにはこれら以外のものでも良い。
【００８２】
（実施例６）
図８は本発明の実施例６のインピーダンス可変手段の構成図である。溝部７の深さ方向の２つの定在波として、電界分布３３ａ、３３ｂを立てており、開口部５で電界が弱くなるようにしている。本実施例では、可動部８が開口部５から遠いので、加熱室内の熱が伝わりにくく、誘電率や誘電正接の温度特性の影響を抑えることができる。よって加熱分布の精度を良くすることができる。
【００８３】
（実施例７）
図９は本発明の実施例７のインピーダンス可変手段の構成図である。溝部７の深さ方向の２つの定在波としての電界分布３４ａ、３４ｂと、１／２の定在波としての電界分布３４ｃを立てており、開口部５で電界が強くなるようにしている。
【００８４】
（実施例８）
図１０は本発明の実施例８のインピーダンス可変手段の構成図である。まず誘電体からなる可動部８ａは溝部７の深さ方向に垂直（角度０度）で、その時の電界分布３５ａは定在波が１つなので開口部５のインピーダンスが零である。また可動部８ｂは垂直から角度４５度まで動かした状態で、その時の電界分布３５ｂは定在波が１／２で開口部５のインピーダンスが無限大である。さらに可動部８ｃは水平（角度９０度）で、その時の電界分布３５ｃは定在波が１／２以下で開口部５のインピーダンスは大きいが無限大ではないものである。本実施例では、開口部５のインピーダンスを零から無限大まで変えるのに９０度動かす必要はなく、４５度動かすだけで良いので、駆動エネルギーが少なくてすむ。
【００８５】
なお、上記実施例では、開口部のインピーダンスが零あるいは無限大としてきたが、実際はこれに限定するものではなく、零に近い値あるいは無限大に近い値で良い。このことについて説明を加える。
【００８６】
開口部のインピーダンスは、開口部からインピーダンス可変手段を見たインピーダンスと、開口部から加熱室を見たインピーダンスの合成のインピーダンスとなる。仮に、開口部からインピーダンス可変手段を見たインピーダンスをＺＬとし、開口部から加熱室を見たインピーダンスをＺＡとし、規格化インピーダンスＺ＝ＺＬ／ＺＡとおくと、開口部の反射係数Γは（数５）で表される。
【００８７】
【数５】
2000150137.tif 000005
【００８８】
この反射係数Γは、加熱室内のマイクロ波が開口部を通ってインピーダンス可変手段に入る時の反射のしやすさを表しており、マイクロ波回路の分野で良く用いられる指標である。
【００８９】
まずΓ＝−１のときには、開口部があたかも金属による短絡面であるかのように振る舞うが、これを実現するためには（数５）からも明らかなようにＺＬ＝０であればよい。このＺＬ＝０が、上記実施例で述べてきたインピーダンスを零にするということに他ならない。可動部の位置によりＺＬ＝０とすれば、ＺＡによらずΓ＝−１が実現できるので理想的である。ただしＺＬが零でなくても零に近い値であればΓ≒−１にできることも容易に推定できる。ＺＬが零でない場合は、ＺＡとの関係が問題になってくる。ＺＬが零に近いというのはＺＬ＜＜ＺＡ（すなわちＺ＜＜１）ということであるが、ＺＡは加熱室やマイクロ波供給手段の設計あるいは被加熱物によって変動するので、のぞましくはＺＬ＜ＺＡ／１０（すなわちＺ＜０．１）である。また実使用上はΓ≒−０．５まで許すとして、ＺＬ＜ＺＡ／３（すなわちＺ＜０．３３）である。
【００９０】
次にΓ＝１のときには、開口部があたかも自由空間に開放されているかのように振る舞うが、これを実現するためには（数５）からも明らかなようにＺＬ＝∞であればよい。このＺＬ＝∞が、上記実施例で述べてきたインピーダンスを無限大にするということに他ならない。可動部の位置によりＺＬ＝∞とすれば、ＺＡによらずΓ＝１が実現できるので理想的である。ただしＺＬが無限大でなくても無限大に近い値であればΓ≒１にできることも容易に推定できる。ＺＬが無限大でない場合は、ＺＡとの関係が問題になってくる。ＺＬが無限大に近いというのはＺＬ＞＞ＺＡ（すなわちＺ＞＞１）ということであるが、ＺＡは前述の通り変動するので、のぞましくはＺＬ＞１０ＺＡ（すなわちＺ＞１０）である。また実使用上はΓ≒０．５まで許すとして、ＺＬ＞３ＺＡ（すなわちＺ＞３）である。
【００９１】
なお、上記実施例では溝部を直方体形状としているが、これに限定する物ではなく、円筒形状、円錐などでも良い。開口部を形成できて、溝部内にマイクロ波を伝送できさえすれば、いろいろな形状で同様のことが可能である。
【００９２】
なお、上記実施例では可動部を直方体の板状としているが、これに限定する物ではなく、楕円、卵型、筒状などでも良い。可動部の位置によって開口部のインピーダンスを変更できさえすれば、いろいろな形状で同様のことが可能である。
【００９３】
なお、上記実施例では、可動部を回転させて位置制御する例を示したが、回転のみに限定される物ではなく、往復運動でも良い。開口部のインピーダンスを変
なお、図示しないが、可動部を駆動して位置制御する場合、可動部の位置や角度を検知する手段を設ける方法がある。たとえば位置や角度を直接検出しても良いし、溝部内の電界分布を検出しても良いし、いろいろな方法が考えられる。
【００９４】
また、可動部を位置制御しなくても、一定回転や往復運動させるだけで均一になることも考えられる。
【００９５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば以下の効果を有する。
【００９６】
（１）開口部のインピーダンスを変えることで加熱室内にマイクロ波を多重伝搬させ、さまざまなマイクロ波分布を形成させることができ、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。特に開口部を加熱室の底面に設けており、被加熱物と近い位置でインピーダンスを変化させるので、最も効果的に被加熱物の加熱分布を変えることができ、被加熱物全体の加熱の均一化を最も促進させることができる。
【００９７】
（２）載置台が底面全体を覆うので、ターンテーブルを用いた時のようなコーナー部のデッドスペースがなく、被加熱物をどこにでも置くことができたり、底面と同等のサイズの被加熱物を置いて、加熱の均一化を図る事ができる。加えて、載置台が開口部を塞ぐ役割をも果たすので、専用の開口部用のカバーを不要にできる。
【００９８】
（３）開口部の位置は、開口部が無い場合に加熱室内に生じる定在波の節の位置としており、定在波の節の位置では基本的に電界が弱いので、開口部の電界も弱くなり、インピーダンス可変手段への電界集中を避ける事ができる。従って安全性、信頼性の高い均一加熱ができる。
【００９９】
（４）実用的な被加熱物において加熱室内に生じる定在波の節の位置に開口部を設けるので、確実にインピーダンス可変手段への電界集中を避ける事ができる。従って安全性、信頼性の高い均一加熱ができる。
【０１００】
（５）誘電体からなる可動部の幅広面が溝部の深さ方向に対して垂直（この状態を可動部の基準の角度０とする）の時に開口部のインピーダンスを零または零に近い値とするので、可動部の角度が０から変化するにつれて溝部内のマイクロ波の実効長が短くなっていき、開口部のインピーダンスがずれて増えていく。従って開口部のインピーダンスを容易に零以上で変化させる事ができ、加熱の均一化を促進させることができる。
【０１０１】
（６）開口部のインピーダンスを零または零に近い値にするためには、溝部内の定在波を１以上の自然数個たてれば良いが、溝部内に定在波を１個たてるので、最も深さの浅い溝部で開口部のインピーダンスを零または零に近い値にできる。すなわち、最も小型の構成で加熱の均一化を促進させることができる。
【０１０２】
（７）誘電体からなる可動部が垂直の時に開口部のインピーダンスを零または零に近い値として、かつ水平の時に開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値とするので、可動部の角度により開口部のインピーダンスを零または零に近い値から無限大または無限大に近い値の全範囲で変化させる事ができ、任意のインピーダンスでより一層加熱の均一化を促進させることができる。
【０１０３】
（８）開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値にするためには、溝部内の定在波を（２ｎ−１）／２個（ただしｎは１以上の自然数）たてれば良いが、溝部内に定在波を１／２個たてるので、最も深さの浅い溝部で開口部のインピーダンスを無限大または無限大に近い値にできる。すなわち、最も小型の構成で加熱の均一化を促進させることができる。
【０１０４】
（９）インピーダンス可変手段が、開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、溝部内の誘電体からなる可動部と、可動部を駆動する駆動手段とを有し、溝部を、深さが１／４波長に満たない導波管形状としたので、従来の回転アンテナや回転導波管の常識では考えられない極めて小さな構成で開口部のインピーダンスを変化させて、加熱の均一化を促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施例１のマイクロ波加熱装置のブロック図
【図２】
本発明の実施例２の電子レンジの一部断面図
【図３】
本発明の実施例３のマイクロ波加熱装置の構成図
【図４】
本発明の実施例４の電子レンジの構成断面図
【図５】
（ａ）本発明の実施例５のインピーダンス可変手段の構成上面図
（ｂ）図５（ａ）のＡ−Ａ’線断面図
【図６】
（ａ）本発明の実施例５のインピーダンス可変手段の上面図
（ｂ）図６（ａ）のＡ−Ａ’線断面図
【図７】
（ａ）本発明の実施例５のインピーダンス可変手段の断面図
（ｂ）同導波管の断面図
（ｃ）同導波管の断面図
【図８】
（ａ）本発明の実施例６を示すインピーダンス可変手段の上面図
（ｂ）図８（ａ）のＡ−Ａ’線断面図
【図９】
（ａ）本発明の実施例７を示すインピーダンス可変手段の上面図
（ｂ）図９（ａ）のＡ−Ａ’線断面図
【図１０】
（ａ）本発明の実施例８を示すインピーダンス可変手段の上面図
（ｂ）図１０（ａ）のＡ−Ａ’線断面図
【符号の説明】
１  被加熱物
２  加熱室
３  マイクロ波供給手段
４  底面
５、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ  開口部
６  インピーダンス可変手段
７  溝部
８  可動部
９  駆動手段
１０  載置台
１１  マグネトロン（マイクロ波供給手段）
１５  ステッピングモータ（駆動手段）
１６  終端