(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
９１５ＭＨｚマイクロ波を発生する永久磁石タイプの９１５ＭＨｚマグネトロンと、
前記９１５ＭＨｚマグネトロンで発生したマイクロ波電力を伝送する９１５ＭＨｚ導波管と、
２４５０ＭＨｚマイクロ波を発生する２４５０ＭＨｚマグネトロンと、
前記２４５０ＭＨｚマグネトロンで発生した２４５０ＭＨｚマイクロ波電力を伝送する２４５０ＭＨｚ導波管と、
被加熱物を収納可能な内部空間を有し、前記９１５ＭＨｚ導波管から伝送された９１５ＭＨｚマイクロ波電力と前記２４５０ＭＨｚ導波管から伝送された２４５０ＭＨｚマイクロ波電力とを被加熱物に照射させる加熱箱と、を備え、
前記９１５ＭＨｚマグネトロンの陽極構造と前記２４５０ＭＨｚマグネトロンの陽極構造とを共通化して構成し、
前記陽極構造を有する前記９１５ＭＨｚマグネトロン及び前記２４５０ＭＨｚマグネトロンの陽極へ接続される陽極電源を共通化して備える
ことを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項２】
前記陽極構造を有する前記９１５ＭＨｚマグネトロン及び前記２４５０ＭＨｚマグネトロンは、
熱電子放出源を含む陰極部と、
陽極円筒部の内側に複数の陽極ベインを一定間隔離して円環状に配列した構造であり、当該陽極ベイン同士の間に形成される空洞による空洞共振器を有する陽極部と、
前記空洞共振器に蓄えられるマイクロ波を外部へ送出する出力部と、
前記陰極部、前記陽極部及び前記出力部の一部を内封する真空管本体の軸方向上下端に磁石を配設した磁気回路部と
を備え、
前記空洞共振器の数が１０個、前記陰極部の外径と前記陽極ベイン先端の内径との比が０．３６〜０．５９、前記陽極円筒部の外径が８０〜１００ｍｍであり、前記真空管本体の発振周波数が８００乃至１０００ＭＨｚである
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項３】
前記９１５ＭＨｚマグネトロン及び前記２４５０ＭＨｚマグネトロンは、
陽極構造が、空洞のインダクタンス、キャパシタンスを有する９１５ＭＨｚ又は２４５０ＭＨｚの空洞共振器タイプであり、前記９１５ＭＨｚマグネトロンの陽極部の外径は、前記空洞のインダクタンスを大きくするため前記２４５０ＭＨｚマグネトロンの陽極部の外径よりも大きく、かつ、
陰極部から放出された電子に磁束を付与する永久磁石を備える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項４】
前記９１５ＭＨｚマグネトロン及び前記２４５０ＭＨｚマグネトロンの照射タイミング、加熱時間、又は出力電力を制御する制御部、を備える
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記被加熱物の種別及び容積に基づいて、前記９１５ＭＨｚマグネトロン又は前記２４５０ＭＨｚマグネトロンのいずれかを単体、若しくは併用して制御する
ことを特徴とする請求項４に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項６】
前記加熱箱は、その１辺の長さが９１５ＭＨｚマイクロ波の自由空間波長以上である
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項７】
前記９１５ＭＨｚ導波管は、開口部幅寸法が９１５ＭＨｚ遮断周波数に近接した当該遮断周波数の略半分の幅寸法である
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項８】
前記略半分幅寸法は、９１５ＭＨｚ遮断周波数に近接した１６５〜１８０ｍｍである
ことを特徴とする請求項７に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項９】
前記９１５ＭＨｚ導波管の開口部の高さ寸法が、前記２４５０ＭＨｚ導波管の開口部の高さ寸法と略同じである
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１０】
前記９１５ＭＨｚ導波管の開口部の高さ寸法は、４５〜５４．６ｍｍである
ことを特徴とする請求項９に記載のマイクロ波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波電力を被加熱物に照射するマイクロ波加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波電力を応用した加熱方法は、マイクロ波エネルギが被照射物の内部に直接伝達され、迅速で高効率の加熱を実現することができ
る。被加熱物を均一にマイクロ波加熱する場合、一般的には家庭用電子レンジで採用されている被加熱物を回転する機能のターンテーブル方式、あるいは金属加熱箱内に供給されたマイクロ波を撹乱させるスターラ方式が採用されている。
また、業務用、工業用電子レンジにおいては、加熱室内の異なる位置から複数のマイクロ波照射構造が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、加熱室内の被加熱物の位置、形態等によって生じる加熱むらを改善するため、加熱室内上下面からマイクロ波照射できる構造とし、上下面側に配設されたマイクロ波発振デバイスであるマグネトロンから発生するマイクロ波出力を各々で調整し、その加減で被加熱物の均一加熱を改善する電子レンジが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、被加熱物となる高温発熱体の昇温時間制御を加熱室下面側に２個のマイクロ波照射口を有する高温発熱体を用いる電子焼却炉が記載されている。同じ周波数帯の複数個のマグネトロンを搭載した場合、マイクロ波干渉が発生する場合がある。これを避けるため、特許文献２に記載の装置では、各々導波管の軸のなす角が９０°以下としている。ここでは、２個のマグネトロンから発生したマイクロ波電力を合成するためのＴ型導波管を用いている。
【０００５】
マイクロ波発振デバイスであるマグネトロンは、例えば２４５０ＭＨｚの共振器設計された多分割空洞の陽極構造となっている。このため、複数個のマグネトロンが搭載された場合、互いのマグネトロン間でマイクロ波干渉する場合がある。マイクロ波干渉が発生すると、被加熱物へのマイクロ波照射量が減少し、結果的には加熱効率が低下する。また、一方のマグネトロンから照射したマイクロ波が他方のマグネトロンに吸収されると、他方のマグネトロンを破壊させることがある。
【０００６】
従来のマグネトロンにおいては、発振周波数として９１５ＭＨｚと、ＩＳＭ（Industry Science Medical）バンドである２４５０ＭＨｚの２種類のものが実用化されている。市場においては、２４５０ＭＨｚ又は９１５ＭＨｚ帯を発振周波数とするマグネトロンが主流であり、特に２４５０ＭＨｚのものが多用されている。２４５０ＭＨｚのマグネトロンは、加工室及び被加熱物の大きさ、導波管サイズ等を小型化できる特徴を有することから、業務用、家庭用等の電子レンジのような加熱装置はもとより、半導体製造装置として、薄膜のドライエッチング用装置、マイクロ波プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置にも使用されている。
【０００７】
特許文献３及び４には、９１５ＭＨｚ帯を発振周波数とする高周波加熱源を固体素子を用いて構成した固体高周波発生部を備える高周波加熱装置が記載されている。しかし、特許文献３及び４には、９１５ＭＨｚ帯を発振周波数とする固体素子についての具体的記載はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６１−１８１０９３号公報
【特許文献２】特開平４−０９８７８７号公報
【特許文献３】特開昭５８−１９４２８８号公報
【特許文献４】特開昭５８−１６１２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
被加熱物へのマイクロ波浸透深さは、周波数が低いほど深くなる傾向がある。２４５０ＭＨｚでは、９１５ＭＨｚのものと比べてマイクロ波浸透深さが浅いため、被加熱物の表面付近から加熱されやすいため厚みがある対象物については均一な内部加熱が得られない場合がある。以下、２４５０ＭＨｚを用いる電子レンジの内部加熱の問題点について説明する。
【００１０】
マイクロ波による被加熱物の発熱量は、周波数ｆ、及び被加熱物の誘電損失係数（εｒ・ｔａｎδ）に比例する。また、被加熱物へのマイクロ波浸透深さは、ｆ：周波数、εｒ：誘電体の比誘電率、ｔａｎδ：誘電体の誘電損失角に反比例する。マイクロ波電力半減深さＤは、次式（１）で示される。
【００１１】
Ｄ＝３３２０００００／ｆ・√εｒ・ｔａｎδ  （ｍ）      …（１）
【００１２】
因みに、水（２５℃）の場合は、２４５０ＭＨｚマイクロ波ではεｒ＝７８、ｔａｎδ＝０．１２であり、マイクロ波電力半減深さＤは、１．２０ｍｍである。水分の多い被加熱物では、その厚みがある場合は、内部加熱されるものの、被加熱物の表面側から加熱されることになり、内部均一加熱に対しては不十分である。
【００１３】
２４５０ＭＨｚマイクロ波よりも低い周波数、例えば９１５ＭＨｚマイクロ波では、εｒ＝７９、ｔａｎδ＝０．０３５であり、上記式（１）からマイクロ波電力半減深さＤは、約１３０ｍｍとなる。マイクロ波電力半減深さＤが深くなった分、内部均一加熱に有利である。しかしながら、９１５ＭＨｚマイクロ波の空間波長は、約３３０ｍｍと大きい。また、９１５ＭＨｚマイクロ波を伝送する導波管の開口部寸法は、ＪＩＳ形名ＷＲＪ−１の２４７．６５×１２３．８３が一般的である。導波管が大型化されるため、電子レンジの小型化が困難となっている。
【００１４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、９１５ＭＨｚと２４５０ＭＨｚの両方のマイクロ波を加熱箱に照射できるマイクロ波加熱装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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、９１５ＭＨｚマイクロ波を発生する永久磁石タイプの９１５ＭＨｚマグネトロンと、前記９１５ＭＨｚマグネトロンで発生したマイクロ波電力を伝送する９１５ＭＨｚ導波管と、２４５０ＭＨｚマイクロ波を発生する２４５０ＭＨｚマグネトロンと、前記２４５０ＭＨｚマグネトロンで発生した２４５０ＭＨｚマイクロ波電力を伝送する２４５０ＭＨｚ導波管と、被加熱物を収納可能な内部空間を有し、前記９１５ＭＨｚ導波管から伝送された９１５ＭＨｚマイクロ波電力と前記２４５０ＭＨｚ導波管から伝送された２４５０ＭＨｚマイクロ波電力とを被加熱物に照射させる加熱箱と、を備え、前記９１５ＭＨｚマグネトロンの陽極構造と前記２４５０ＭＨｚマグネトロンの陽極構造とを共通化して構成し、前記陽極構造を有する前記９１５ＭＨｚマグネトロン及び前記２４５０ＭＨｚマグネトロンの陽極へ接続される陽極電源を共通化して備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、９１５ＭＨｚと２４５０ＭＨｚの両方のマイクロ波を加熱箱に照射できるマイクロ波加熱装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るマイクロ波加熱装置の外観図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の機能ブロック図である。
【図３】本実施形態に係るマイクロ波加熱装置の概略構成を示す図である。
【図４】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の９１５ＭＨｚ導波管の構成を示す斜視図である。
【図５】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の９１５ＭＨｚ導波管の構成を示す図である。
【図６】上記実施形態に係る永久磁石型９１５ＭＨｚマグネトロンの構成を示す断面図である。
【図７】上記実施形態に係る永久磁石型９１５ＭＨｚマグネトロンにおける陽極部及び陰極部を含む部分の要部平面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ断面図である。
【図９】上記実施形態に係る永久磁石型９１５ＭＨｚマグネトロンにおける１枚の陽極ベインの構成例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図である。
【図１０】上記実施形態に係る永久磁石型９１５ＭＨｚマグネトロンの発振スペクトラムの一例を示す図である。
【図１１】マグネトロンの発振周波数（横軸）とマグネトロンの重量比（縦軸）との関係を示す図である。
【図１２】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の９１５ＭＨｚ導波管の周波数特性を示す図である。
【図１３】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置のマイクロ波電界分布のシミュレーション解析モデルを説明する図である。
【図１４】図１３のシミュレーション解析モデルによるマイクロ波電界分布を示す図である。
【図１５】図１４のシミュレーション結果を検証した実験結果を示す図である。
【図１６】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の２４５０ＭＨｚマイクロ波源を金属加熱箱の底面に設置し、マイクロ波照射した場合の被加熱物のマイクロ波吸収電力分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図１７】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の被加熱物として水分９９％の感温ゲル剤にマイクロ波照射した場合のマイクロ波吸収分布を示す図である。
【図１８】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の２４５０ＭＨｚマイクロ波と比較して９１５ＭＨｚマイクロ波の優位性を説明する図である。
【図１９】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の２４５０ＭＨｚマイクロ波と９１５ＭＨｚマイクロ波の加熱特性を比較して加熱特性比較表（表１）として示す図である。
【図２０】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の温度による水の半減深度を水の半減深度表（表２）として示す図である。
【図２１】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の水加熱を説明する図である。
【図２２】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の水加熱を説明する図である。
【図２３】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の図２３は、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の氷の解凍（解凍方法１）を説明する図である。
【図２４】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の、大量の氷を解凍後に加熱をする場合の氷の解凍（解凍方法２）を説明する図である。
【図２５】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の温度による食品の半減深度を食品の半減深度表（表３）として示す図である。
【図２６】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の、食品（牛肉）を解凍後すぐに調理する場合の食品（牛肉）の解凍（食品解凍方法１）を説明する図である。
【図２７】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の、食品（牛肉）を解凍後すぐに調理する場合の食品（牛肉）の解凍（食品解凍方法２）を説明する図である。
【図２８】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の、食品（牛肉）の生肉を加熱する場合の食品（牛肉）の加熱（食品加熱方法１）を説明する図である。
【図２９】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の、調理済み冷凍穀物・野菜を解凍後に加熱する場合の食品の加熱（食品加熱方法２）を説明する図である。
【図３０】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の、塩分濃度が大きな食品を加熱する場合の含塩食品の加熱（食品加熱方法３）を説明する図である。
【図３１】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の照射タイミングを模式的に示す図である。
【図３２】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の水及び氷を２４５０ＭＨｚマイクロ波で加熱の場合の概念図である。
【図３３】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の水及び氷を９１５ＭＨｚマイクロ波で加熱の場合の概念図である。
【図３４】上記実施形態に係るマイクロ波加熱装置の水及び氷を２４５０ＭＨｚマイクロ波と９１５ＭＨｚマイクロ波併用加熱の場合の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロ波加熱装置の外観図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。本実施形態のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収納する金属加熱箱内にマイクロ波発振デバイスからのマイクロ波電力を伝送する導波管を有する高周波加熱装置（工業用電子レンジ）に適用した例である。
【００１９】
図１に示すように、マイクロ波加熱装置１は、９１５ＭＨｚマグネトロン１０と、９１５ＭＨｚマグネトロン１０で発生したマイクロ波電力を伝送する９１５ＭＨｚ導波管２０と、２４５０ＭＨｚマグネトロン４０と、２４５０ＭＨｚマグネトロン４０で発生した２４５０ＭＨｚマイクロ波電力を伝送する２４５０ＭＨｚ導波管５０と、被加熱物を収納可能な内部空間を有し、９１５ＭＨｚ導波管２０から伝送された９１５ＭＨｚマイクロ波電力と２４５０ＭＨｚ導波管５０から伝送された２４５０ＭＨｚマイクロ波電力とを被加熱物に照射させる金属加熱箱３０と、９１５ＭＨｚマグネトロン１０と２４５０ＭＨｚマグネトロン４０を駆動する共通の高圧電源であるマグネトロン電源（高圧電源）６０と、９１５ＭＨｚマグネトロン１０と２４５０ＭＨｚマグネトロン４０を制御する制御装置（制御部）７０と、を備える。
【００２０】
制御装置７０は、マイクロコンピュータ等により構成され、９１５ＭＨｚマグネトロン１０及び２４５０ＭＨｚマグネトロン４０の照射タイミング、加熱時間、又は出力電力を制御する。制御装置７０は、被加熱物の種別及び容積に基づいて、９１５ＭＨｚマグネトロン１０又は２４５０ＭＨｚマグネトロン４０のいずれかを単体、若しくは併用して制御する。
【００２１】
マイクロ波加熱装置１は、金属加熱箱３０をテーブル８０ａ上に載置し、９１５ＭＨｚマグネトロン１０と２４５０ＭＨｚマグネトロン４０とマグネトロン電源（高圧電源）６０と制御装置７０とを内部に収容する筺体８０を備える。
マイクロ波加熱装置１は、９１５ＭＨｚマグネトロン１０と２４５０ＭＨｚマグネトロン４０を備えるハイブリッド電子レンジである。
【００２２】
図２は、マイクロ波加熱装置１の機能ブロック図である。図１と同一構成部分には同一符号を付している。
図２に示すように、マイクロ波加熱装置１は、基本的には同一構造である９１５ＭＨｚマグネトロン１０と２４５０ＭＨｚマグネトロン４０とを備える。９１５ＭＨｚマグネトロン１０と２４５０ＭＨｚマグネトロン４０とは、同一構造を採るため陽極電源を同一（１台）にすることができる。本実施形態では、９１５ＭＨｚマグネトロン１０及び２４５０ＭＨｚマグネトロン４０に、１台のマグネトロン電源（高圧電源）６０を並列接続している。９１５ＭＨｚマグネトロン１０及び２４５０ＭＨｚマグネトロン４０には、電子放出用の陰極９１と９２とが接続される。なお、陰極９１，９２は、具体的には図６（詳細後記）の陰極フィラメント１５１である。
【００２３】
詳細は後述するが、９１５ＭＨｚマグネトロン１０及び２４５０ＭＨｚマグネトロン４０の陽極電源を、１台のマグネトロン電源（高圧電源）６０で兼用できるのは、９１５ＭＨｚマグネトロン１０と２４５０ＭＨｚマグネトロン４０の基本構成がほぼ同一構造を採るからである。さらに言えば、９１５ＭＨｚマグネトロン１０と２４５０ＭＨｚマグネトロン４０とをほぼ同一構造で構成するためには、９１５ＭＨｚマグネトロン１０側に特別な技術的特徴を導入する必要がある。因みに、９１５ＭＨｚマグネトロン１０を、永久磁石タイプマグネトロンで構成することによってはじめて、９１５ＭＨｚマグネトロン１０と２４５０ＭＨｚマグネトロン４０とをほぼ同一構造で構成することが可能になる。詳細は後記図６乃至図９により説明する。
【００２４】
図３は、本実施形態に係るマイクロ波加熱装置の概略構成を示す図である。図１及び図２と同一構成部分には同一符号を付している。
図３に示すように、マイクロ波加熱装置１は、９１５ＭＨｚマグネトロン１０と、９１５ＭＨｚマグネトロン１０で発生したマイクロ波電力を伝送する９１５ＭＨｚ導波管２０と、２４５０ＭＨｚマグネトロン４０と、２４５０ＭＨｚマグネトロン４０で発生した２４５０ＭＨｚマイクロ波電力を伝送する２４５０ＭＨｚ導波管５０と、被加熱物を収納可能な内部空間を有し、９１５ＭＨｚ導波管２０から伝送された９１５ＭＨｚマイクロ波電力と２４５０ＭＨｚ導波管５０から伝送された２４５０ＭＨｚマイクロ波電力とを被加熱物に照射させる金属加熱箱３０と、を備える。
【００２５】
上記９１５ＭＨｚマグネトロン１０及び９１５ＭＨｚ導波管２０は、９１５ＭＨｚマイクロ波源１５を構成する。９１５ＭＨｚマイクロ波源１５は、金属加熱箱３０の上面側に配置され、金属加熱箱３０内にマイクロ波を照射する。
また、上記２４５０ＭＨｚマグネトロン４０及び２４５０ＭＨｚ導波管５０は、２４５０ＭＨｚマイクロ波源４５を構成する。２４５０ＭＨｚマイクロ波源４５は、金属加熱箱３０の下面側に配置され、２４５０ＭＨｚマイクロ波照射口５０ａを通して金属加熱箱３０内にマイクロ波を照射する。
このように、マイクロ波加熱装置１は、９１５ＭＨｚと２４５０ＭＨｚの両方のマイクロ波を金属加熱箱３０に照射できるマイクロ波加熱装置である。
【００２６】
<９１５ＭＨｚマグネトロン１０>
９１５ＭＨｚマグネトロン１０は、９１５ＭＨｚマイクロ波を発振出力するマイクロ波発振デバイスである。
９１５ＭＨｚマグネトロン１０は、マグネトロンアンテナ５８（詳細は後記図４及び図１２参照）を出力部として備え、発生した９１５ＭＨｚマイクロ波をマグネトロンアンテナ５８により放射して９１５ＭＨｚ導波管２０に伝送させる。後記するように、マグネトロンアンテナ５８は、９１５ＭＨｚ導波管２０の所定位置に挿入される。マグネトロンアンテナ５８の高さは、２４５０ＭＨｚマグネトロンのアンテナと同じ高さである。
【００２７】
<９１５ＭＨｚ導波管２０>
９１５ＭＨｚ導波管２０は、９１５ＭＨｚマグネトロン１０と結合し、９１５ＭＨｚマイクロ波電力を金属加熱箱３０に伝送する伝送回路である。９１５ＭＨｚ導波管２０は、方形導波管であり方形の開口部２０ａを有する。開口部２０ａの幅寸法及び高さ寸法、並びに導波管の奥行き寸法等は、それぞれ下記の特徴を有する。
【００２８】
９１５ＭＨｚ導波管２０は、開口部２０ａの幅寸法が９１５ＭＨｚ遮断周波数に近接した１６５〜１８０ｍｍである。また、９１５ＭＨｚ導波管２０は、開口部２０ａの高さ寸法が２４５０ＭＨｚ導波管で採用されている４５〜５４．６ｍｍである。したがって、例えば９１５ＭＨｚ導波管２０は、開口部２０ａの幅寸法及び高さ寸法が１６７ｍｍＷ×５４ｍｍｈである。
ここで、９１５ＭＨｚ導波管２０の開口部２０ａの高さ寸法は、２４５０ＭＨｚ導波管５０で採用されている４５〜５４．６ｍｍと同じ寸法である。
【００２９】
また、９１５ＭＨｚ導波管２０は、開口部２０ａに対して直交する面２０ｂ（詳細は後記図４及び図５参照）の開口部２０ａと反対側（図４では右側）が、９１５ＭＨｚマグネトロン１０の取付部となっている。この取付部には、９１５ＭＨｚ導波管２０の高さ寸法方向に、９１５ＭＨｚマグネトロン１０のマグネトロンアンテナ（マイクロ波出力用アンテナ）５８が挿入される。マグネトロンアンテナ５８のアンテナ高さは、開口部２０ａの高さ寸法４５〜５４．６ｍｍ以下である。
【００３０】
また、９１５ＭＨｚ導波管２０は、開口部２０ａの反対側の導波管内部に、導波管内部に導入されたマイクロ波を開口部２０ａ側に反射して導くための金属反射板２１を備える。金属反射板２１は、９１５ＭＨｚ導波管２０の内部に挿入されたマグネトロンアンテナ５８の位置基準として、マイクロ波進行方向と反対側に１３０〜１４０ｍｍの位置に取り付けられる。
なお、９１５ＭＨｚ導波管２０の奥行き寸法（全長）と、開口部２０ａからマグネトロンアンテナ５８までの寸法は、任意である。
【００３１】
このように、９１５ＭＨｚ導波管２０は、一般的に採用されている９１５ＭＨｚ導波管（導波管形名ＷＲＪ−１のＪＩＳ規格準拠）開口部寸法の２４７．６５Ｗｍｍ×１２３．８３ｈｍｍと比較して、幅寸法で約６７％、高さ寸法で約４４％まで小型化されている。
【００３２】
<金属加熱箱３０>
金属加熱箱３０は、被加熱物を収納しうる内部空間を有し、その１辺の長さが９１５ＭＨｚマイクロ波の自由空間波長（約３３ｃｍ）以上の直方体構造である。具体的には、金属加熱箱３０は、１辺の長さが９１５ＭＨｚマイクロ波の自由空間波長以上（ここでは４１１ｍｍ）とした、４１１Ｗｍｍ×２３５ｈｍｍ×３２０Ｄｍｍの角型筒体形状である。このサイズ及び形状は、一般的な電子レンジと同じ基本形状である。金属加熱箱３０は、被加熱物を出し入れするドアー（図示省略）が、４１１Ｗｍｍ×２３５ｈｍｍの面に取り付けられる。
【００３３】
<２４５０ＭＨｚマグネトロン４０>
２４５０ＭＨｚマグネトロン４０は、２４５０ＭＨｚマイクロ波を発振出力するマイクロ波発振デバイスである。
２４５０ＭＨｚ導波管５０は、２４５０ＭＨｚマグネトロン４０と結合し、２４５０ＭＨｚマイクロ波電力を金属加熱箱３０に伝送する伝送回路である。２４５０ＭＨｚ導波管５０は、一般的に採用されているＪＩＳ形名ＷＲＪ−２であり、その開口部寸法であるマイクロ波照射口５０ａは、１０９．２Ｗｍｍ×５４．６ｈｍｍである。
【００３４】
[９１５ＭＨｚ導波管２０の構成]
図４は、９１５ＭＨｚ導波管２０の構成を示す斜視図である。図５は、図４の９１５ＭＨｚ導波管２０の構成を示す図であり、図５（ａ）はその上面図、図５（ｂ）はその側面図である。
図４に示すように、９１５ＭＨｚ導波管２０は、金属加熱箱３０（図３参照）内にマイクロ波を照射する開口部２０ａと、９１５ＭＨｚマグネトロン１０が配置される面２０ｂとを有する。開口部２０ａと反対側の面２０ｂには、９１５ＭＨｚマグネトロン１０（図３参照）が取り付けられ、当該取付位置には、９１５ＭＨｚマグネトロン１０の同軸管外導体５９に接続されたマグネトロンアンテナ５８（後記図４参照）が挿入される。また、図５（ａ）（ｂ）に示すように、９１５ＭＨｚ導波管２０は、開口部２０ａの反対側の導波管内部に、マイクロ波を開口部２０ａ側に反射して導くための金属反射板（短絡板）２１を有する。金属反射板２１は、マグネトロンアンテナ５８位置基準として、マイクロ波進行方向と反対側に１３０〜１４０ｍｍの位置に取り付けられる。なお、金属反射板２１は、マイクロ波進行方向と反対側の９１５ＭＨｚ導波管２０の底部（有底筒管の底部）であってもよい。
【００３５】
９１５ＭＨｚ導波管２０は、開口部２０ａの幅寸法Ｗが９１５ＭＨｚ遮断周波数に近接した１６５〜１８０ｍｍ（例えば、１６７ｍｍ）、その高さ寸法ｈが２４５０ＭＨｚ導波管で採用されている４５〜５４．６ｍｍ（例えば、５４ｍｍ）である。また、９１５ＭＨｚ導波管２０は、マグネトロンアンテナ５８から金属反射板２１までの長さが１３０〜１４０ｍｍ（例えば、１３０ｍｍ）である。なお、開口部２０ａからマグネトロンアンテナ５８までの長さは、例えば３３０ｍｍ、開口部２０ａから金属反射板２１までの長さは、例えば４６０ｍｍである。
【００３６】
[９１５ＭＨｚマグネトロン１０の構成]
図６は、本発明の実施形態に係る永久磁石型９１５ＭＨｚマグネトロン１０の構成を示す断面図である。
図６に示すように、９１５ＭＨｚマグネトロン１０は、熱電子放出源となる陰極フィラメント（直熱形螺旋状陰極）１５１、複数枚の陽極ベイン（単に、ベインともいう）１５２、及び陽極円筒部（陽極シリンダ）１５３を備える。これらの陽極円筒部１５３、陽極ベイン１５２及び陰極フィラメント１５１の寸法及び配置等は、後述する特定の関係を保っている。
【００３７】
９１５ＭＨｚマグネトロン１０は、円環状の永久磁石１５４，１５４ａ、磁極１５５，１５５ａ、ヨーク１５６，１５６ａ、アンテナリード１５７、円筒状のアンテナブロック１５８、絶縁体１６１、作用空間１６３、ストラップ１６４、棒状の上下封止金属１６６，１６７、上下陽極板１６８，１６８ａ、及び出力部１６９を備える。出力部１６９は、アンテナリード１５７及びアンテナブロック１５８を含んで構成されている。また、アンテナリード１５７とアンテナブロック１５８とは、銀ろう付け又はアーク溶接等の方法によって接合されている。
【００３８】
９１５ＭＨｚマグネトロン１０は、磁気回路部１７０、上側エンドシールド（出力側エンドシールドともいう）１７１、下側エンドシールド（入力側エンドシールドともいう）１７２、陰極リードのセンターリード１７３、陰極リードのサイドリード７４、入力側セラミック１７５、端子板１７６、陰極部１７８、陽極部１７９、及び排気管１８０を備える。
【００３９】
磁気回路部１７０は、磁気発生源である永久磁石１５４，１５４ａ及び磁極１５５，１５５ａ並びにヨーク１５６，１５６ａを含んで構成されている。また、陰極部１７８は、熱電子放出源となる陰極フィラメント１５１及び上側及び下側エンドシールド１７１，１７２並びに陰極リード１７３，１７４等を含んで構成されている。また、陽極部１７９は、複数枚の陽極ベイン１５２及び陽極円筒部１５３と、ろう付け等で固着されるか、又は陽極円筒部１５３と共に押し出し成形により一体形成されている。
【００４０】
このような構成要素を有する９１５ＭＨｚマグネトロン１０において、ヨーク１５６，１５６ａは、磁気回路部１７０を構成する。また、ヨーク１５６，１５６ａは、永久磁石１５４，１５４ａ、磁極１５５，１５５ａ、アンテナリード１５７、陰極部１７８及び陽極部１７９を収容する筐体でもあり、マイクロ波の出力側に配置され、図示せぬ外部機構との結合部材としても用いられる。その筐体は、一方のヨーク１５６が下面が開口した箱形を成し、他方のヨーク１５６ａがその開口を塞ぐ蓋状を成して構成されている。また、ヨーク１５６とヨーク１５６ａ同士が、ネジ２０５でネジ止めされており、更にヨーク１５６が冷却機構１７７にネジ２０５ａでネジ止めされている。
【００４１】
陽極円筒部１５３の上下には、軟鉄等の強磁性体から成る磁極１５５，１５５ａ及び円筒状の永久磁石１５４，１５４ａが配置されている。永久磁石１５４，１５４ａから発生した磁束は、磁極１５５，１５５ａを通って陰極フィラメント１５１と陽極ベイン１５２との間に形成される作用空間１６３に入り、９１５ＭＨｚマグネトロン１０の上下方向である軸芯方向に必要な直流磁界を与える。
【００４２】
この直流磁界により次のような作用を及ぼす。すなわち、９１５ＭＨｚマグネトロン１０の本体軸芯が水平面に対して垂直に設置されている状態において、陰極フィラメント１５１から陽極ベイン１５２に向かって水平方向に飛ぶ電子に対して垂直方向（軸芯方向）に磁束が付与されると、電子にローレンツ力が加わる。このローレンツ力により電子が水平方向に螺旋状に旋回しながら飛ぶことになり、陽極ベイン１５２に高周波電界が形成される。
【００４３】
陰極フィラメント１５１は、直流の４ｋＶ〜８ｋＶの負の高電圧の印加状態において電子を放出し、この電子は、上記のように電界及び磁界の作用を受けて螺旋運動しながら各陽極ベイン１５２に高周波電界を形成する。この形成された高周波電界は、アンテナリード１５７を通してアンテナブロック１５８から図示せぬ外部機器へ出力される。但し、上記で、直流の４ｋＶ〜８ｋＶの負の高電圧としたのは、負の高電圧が８ｋＶ未満の場合は永久磁石１５４，１５４ａの磁力が不足するため、現実的ではない。負の高電圧が４ｋＶを超える場合は、十分な出力が得られにくく、実用的ではないという理由がある。
【００４４】
また、陰極フィラメント１５１は、電子放出特性及び加工性等を考慮して、一般的には酸化トリウム（ＴｈＯ２）を約１％含むタングステン線が用いられ、上側エンドシールド１７１と下側エンドシールド１７２及び陰極リード１７３，１７４で支持されている。陰極リード１７３，１７４は、耐熱性、加工性の観点から、一般的にはモリブデン（Ｍｏ）が採用され、入力側セラミック１７５の上面に銀ろう等でろう付けされた端子板１７６を介してチョークコイル１８１に接続されている。
【００４５】
９１５ＭＨｚマグネトロン１０の下部には、チョークコイル１８１及び貫通コンデンサ１８２を支持するフィルターケース１８３と、このフィルターケース１８３を閉じる蓋体１８４とから成るフィルタ構造体１８５が取り付けられている。端子板１７６に接続されたチョークコイル１８１は、貫通コンデンサ１８２とでＬ−Ｃフィルタを構成し、陰極リード１７３，１７４から伝播されてくる低周波成分を抑制する。但し、高周波成分は、フィルターケース１８３とその蓋体１８４でシールドされる。また、陽極円筒部５３の外周に設置された冷却機構１７７は、冷水が通る冷却水通路１７７ａが内部に周回されて配設されており、その通過する冷水で９１５ＭＨｚマグネトロン１０の作動に伴う熱を拡散させる。
【００４６】
また、排気管１８０は、陰極部１７８、陽極部１７９及び出力部１６９の一部等が封入されるマグネトロン真空管本体の内部の気体を抜くためのものである。気体を抜いて真空状態となった後、排気管１８０の先端が封印されるようになっている。
【００４７】
図７は、図６に示す陰極部１７８及び陽極部１７９を含む部分の要部平面図、図８は、図７のＡ−Ａ断面図である。図９は、本実施形態の９１５ＭＨｚマグネトロン１０における１枚の陽極ベイン５２の構成例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図である。
【００４８】
図７に示すように、陽極円筒部１５３の内周側に、平面形状が長方形状の１０枚の陽極ベイン１５２の末端が、均等に配置固定されている。更に、その固定位置から各陽極ベイン１５２の先端が陰極フィラメント１５１の中心に向かって逆放射状に突出して円形状に配列され、この円形状配列の各先端と陰極フィラメント１５１との間に作用空間１６３が形成されている。
【００４９】
更に、各陽極ベイン１５２の先端側には、ストラップ収納溝１５２ａが形成され、ストラップ収納溝１５２ａの上下方向の対向位置には切込み１５２ｂが形成されている。これらストラップ収納溝１５２ａ及び切込み１５２ｂは、図８に示すように、各陽極ベイン１５２に１つ置きに、すなわち交互に形成されており、これらストラップ収納溝１５２ａ及び切込み１５２ｂに円環状のストラップ１６４が嵌合されて組み込まれている。
ここで、図９（ｂ）に示すように、ストラップ収納溝１５２ａの深さはＨ３、切込み１５２ｂの深さはＨ２となっている。
【００５０】
但し、ストラップ１６４は、ストラップ収納溝１５２ａに対しては隙間なく嵌合され、切込み１５２ｂに対しては両側と底面側とに隙間（ギャップ）ができるように嵌合される。すなわち、ストラップ収納溝１５２ａと切込み１５２ｂとの幅及び深さＨ３，Ｈ２がそのような寸法に形成されている。そのストラップ１６４と切込み１５２ｂとのギャップは、後述のように静電容量Ｃの大きさと相関関係を有する。
【００５１】
図７に示す構造は多分割構造陽極構造と呼称され、１０枚の陽極ベイン１５２で分割された空洞共振器となっている。個々の空洞共振器が構成する静電容量Ｃ及びインダクタンスＬにより、共振周波数、つまり９１５ＭＨｚマグネトロン１０の発振周波数が決まる。
インダクタンスＬは、陽極円筒部１５３の内周側と円環状のストラップ１６４の外周側との間に位置する各陽極ベイン１５２間の三角形状の空洞の大きさで決まる。空洞が大きくなる程にインダクタンスＬが大きくなる。つまり、陽極円筒部１５３の内径が大きくなる程に、三角形状の空洞が大きくなるのでインダクタンスＬが大きくなる。
【００５２】
静電容量Ｃは、各陽極ベイン１５２におけるストラップ１６４の内周側に付き出した先端部同士の間のギャップで決まる。ギャップが小さいほどに静電容量Ｃが大きくなる。また、その先端部の互いに対向する部分の面積が大きいほどに、静電容量Ｃが大きくなる。つまり、図９（ｂ）に示す陽極ベイン１５２の先端部の高さＨ１が高くなる程に先端部面積が大きくなって、静電容量Ｃも大きくなる。
【００５３】
更に、静電容量Ｃは、図８に示すように、ストラップ１６４と、切込み１５２ｂの両側及び底面側との間のギャップの大きさでも変化する。このギャップが小さいほどに静電容量Ｃが大きくなる。
【００５４】
陽極円筒部１５３の円周中心部に配置された陰極フィラメント１５１の上端は出力側エンドシールド１７１に固着され、下端は入力側エンドシールド１７２に固着されている。出力側エンドシールド１７１は棒状の陰極リード７３に支持され、入力側エンドシールド１７２は棒状の陰極リード１７４に支持されている。
ここで、１０枚の陽極ベイン１５２を有した９１５ＭＨｚマグネトロン１０の各部寸法は、発振周波数が８００乃至１０００ＭＨｚを得るため、例えば下記のように定められている。
【００５５】
Ｆ（フィラメント外径）＝９．２ｍｍ（図８参照）
Ｇ（陽極ベイン先端内径）＝２０ｍｍ（図８参照）
Ｄ１（陽極円筒部内径）＝８５ｍｍ（図８参照）
Ｄ２（陽極円筒部外径）＝９５ｍｍ（図８参照）
Ｆ／Ｇ〔（陰極フィラメント外径）／（陽極ベイン先端内径）〕＝０．４６（図８参照
）
Ｌ１（陽極ベイン全長）＝３２．５ｍｍ｛図９（ｂ）参照｝
Ｌ２（陽極ベイン先端部テーパ部長さ）＝４．６ｍｍ｛図９（ａ）参照｝
Ｈ１（陽極ベイン高さ）＝２４ｍｍ｛図９（ｂ）参照｝
Ｈ２（ストラップ収納溝通過部高さ）＝６．８ｍｍ｛図９（ｂ）参照｝
Ｈ３（ストラップ収納溝ろう付け部高さ）＝５．８ｍｍ｛図９（ｂ）参照｝
Ｔ１（陽極ベイン厚さ）＝８．０ｍｍ｛図９（ａ）参照｝
Ｔ２（陽極ベイン先端部厚さ）＝５．０ｍｍ｛図９（ａ）参照｝
Ｒ１（ストラップ収納溝壁面曲率）＝１４．９ｍｍ｛図９（ａ）参照｝
Ｒ２（ストラップ収納溝壁面曲率）＝２０．５ｍｍ｛図９（ａ）参照｝
Ｒ３（ストラップ収納溝壁面曲率）＝１５．９ｍｍ｛図９（ｃ）参照｝
Ｒ４（ストラップ収納溝壁面曲率）＝１９．８ｍｍ｛図９（ｃ）参照｝
ストラップ外径：３９．３ｍｍ（図８参照）
ストラップ内径：３１．７ｍｍ（図８参照）
【００５６】
上記各寸法の陽極構造の９１５ＭＨｚマグネトロン１０の発振周波数スペクトラムを図１０に示す。
図１０に示す発振周波数スペクトラムから明らかなように、この陽極構造であれば発振周波数はピークが９１４ＭＨｚであり、本発明の発振周波数の８００乃至１０００ＭＨｚの条件を満たしている。また、このときのマイクロ波出力は６ｋＷである。
【００５７】
図１１は、９１５ＭＨｚマグネトロン１０の発振周波数（横軸）と９１５ＭＨｚマグネトロン１０の重量比（縦軸）との関係を示す図である。図１１は、発振周波数２４５０ＭＨｚのマグネトロンの重量を重量比１００％とし、２４５０ＭＨｚ以下の各発振周波数と、マグネトロンの重量比との関係を曲線ＭＬで表してある。
【００５８】
従来のマグネトロン、例えば陽極ベインの枚数が１４枚、発振周波数が２４５０ＭＨｚ、マイクロ波出力が６ｋＷ（６ｋＷクラス）の場合のマグネトロンの質量は２．７ｋｇ程度である。この従来のマグネトロンの質量と発振周波数との相対位置を図１１に点ａで示す。これを基準に発振周波数が９１５ＭＨｚのマグネトロンを実現させようとすると、陽極ベインの長さを７倍以上にする必要があり、その重量は図１１の点ｂに位置する。
【００５９】
マグネトロンのような多空胴（上述した図７の各陽極ベイン１５２での分割空洞）を有する陽極構造の発振周波数ｆは、１つの空胴で構成されるインダクタンスＬと静電容量Ｃに応じて次式（２）のように決まる。
【００６０】
ｆ＝１／２π√（ＬＣ）      …（２）
【００６１】
この式（１）から、安定した発振周波数ｆを得るためには、空洞をある程度大きくする必要があることが分かる。このため、従来では陽極構造の大型化は避けられない。
一般的には、陽極ベインの厚さを薄くしてインダクタンスＬを補正し、陽極ベインが薄くなったことによる熱的余裕度の補正を、陽極ベインの枚数を増やすことで対応している。例えば１４枚の陽極ベインのマグネトロンでは、ベイン枚数が多いので、ベイン間の３角形状の空洞が小さくなる。これを大きくするために陽極円筒部１５３の径を大きくする必要がある。つまり、１４枚の陽極ベインのマグネトロンでは、１２枚の陽極ベインのマグネトロンよりも陽極構造が大きくなってしまう。
【００６２】
一方、１２枚の陽極ベインで静電容量Ｃを大きくしようとしても、ベイン先端部間のサイズは０．５ｍｍ以下が限界であるため、構造的限界がある。このため、結果的には９１５ＭＨｚで発振するマグネトロンを実現させても、図１１の点ｂのように、点ａと比較して約３倍の大きさになってしまう。
但し、陽極ベイン１５２の先端部間隔は、極力狭くした方が静電容量Ｃが大きくなって、陽極ベイン１５２の先端部間の高周波電界を相対的に強くすることができ、負荷安定度は改善されることになる。
【００６３】
本実施形態のように、従来よりもベイン枚数が少なく、すなわち、陽極ベイン１５２を１０枚とすれば、静電容量Ｃを変えずに、ベイン間空洞が大きくなってインダクタンスＬが大きくなるので、その分、陽極円筒部１５３の径を小さくすることができる。また、インダクタンスＬが大きくなると、発振周波数は下がって低周波となる。つまり、陽極ベイン１５２を１０枚とすれば、小形の低周波（発振周波数８００〜１０００ＭＨｚ）の９１５ＭＨｚマグネトロン１０を実現することができる。
【００６４】
９１５ＭＨｚマグネトロン１０として満足される実用的な各部寸法範囲は次の通りである。上記各寸法は一例であるが、種々の検討をした結果、８００乃至１０００ＭＨｚの発振周波数の９１５ＭＨｚマグネトロン１０として満足される実用的な各部寸法範囲は次の通りである。
【００６５】
Ｆ（フィラメント外径）＝８．０〜１０．０ｍｍ（図８参照）
Ｇ（陽極ベイン先端内径）＝１７〜２２ｍｍ（図８参照）
Ｄ１（陽極円筒内径）＝７０〜９０ｍｍ（図８参照）
Ｄ２（陽極円筒部外径）＝８０〜１００ｍｍ（図８参照）
Ｆ／Ｇ〔（陰極フィラメント外径）／（陽極ベイン先端内径）〕＝０．３６〜０．５９
（図８参照）
Ｌ１（陽極ベイン全長）＝３０〜３５ｍｍ｛図９（ｂ）参照｝
Ｈ１（陽極ベイン高さ）＝２３〜２５ｍｍ｛図９（ｂ）参照｝
Ｔ１（陽極ベイン厚さ）＝７．５〜８．５ｍｍ｛図９（ａ）参照｝
【００６６】
Ｆ／Ｇの値が０．３６未満であると、発振効率が悪くなり実用的ではなくなる。０．５９を超える値では、磁束密度が不足し、陽極電圧が上がりにくくなるため、現実的ではなくなる。（Ｄ２−Ｄ１）／２の結果の値が陽極円筒部１５３の厚さとなり、この厚さが５ｍｍ未満では陽極円筒部１５３が歪み易くなり、品質が悪くなる。５ｍｍを超えても発振可能ではあるが、陽極円筒部５３の冷却効率が悪くなるだけでなく、陽極円筒部１５３の価格が高くなったり、重量が重くなったりする等の問題が生じる。そこで、Ｄ１＝７０〜９０ｍｍ、Ｄ２＝８０〜１００ｍｍとした。ここで、少なくともＤ２＝８０〜１００ｍｍとするのがよい。
【００６７】
一方、安定的な発振動作を維持すると共に、陽極円筒部５３の径小化を図るための図８に示す陽極円筒内径Ｄ１と陽極ベイン先端内径Ｇとの比（Ｄ１／Ｇ）は、実験の結果、約４．２倍が適切である。また、陽極円筒部外径Ｄ２は、陽極円筒の機械的強度、放熱効率等を考慮して８０〜１００ｍｍに決定される。
【００６８】
また、９１５ＭＨｚマグネトロン１０は、上述したように多空胴共振構造である。このため、従来のようにベイン枚数が１４枚のように多くなると、１つの空洞が小さくなる程に、空洞の形成誤差が空洞形状全体に反映される割合が大きくなってしまう。このため、個々の空洞共振器の形状バラツキが大きくなるので、発振周波数が不安定となる。
【００６９】
本実施形態の９１５ＭＨｚマグネトロン１０のようにベイン枚数が１０枚の場合、１つの空洞が大きいので、空洞の形成誤差が空洞形状全体に反映される割合が小さい。このため、個々の空洞共振器の形状バラツキが小さいので、発振周波数が安定する。言い換えれば、静電容量Ｃが一定でインダクタンスＬが大きいので、個々の空洞共振器のバラツキが少なくなり、このため、発振周波数が安定する。
【００７０】
したがって、１０枚の陽極ベイン５２を用いた空胴数の少ない９１５ＭＨｚマグネトロン１０の方が、従来のマグネトロンよりも発振周波数特性に優れている。なお、ベイン枚数がより少ない８枚の場合、空洞はより大きくなるが、入出力効率が悪くなり使用に耐えなくなってしまう。
【００７１】
このように、本実施形態の９１５ＭＨｚマグネトロン１０は、熱電子放出源である陰極フィラメント１５１を含む陰極部１７８と、陽極円筒部１５３の内側に複数の陽極ベイン５２を一定間隔離して円環状に配列した構造であり、陽極ベイン１５２同士の間に形成される空洞による空洞共振器を有する陽極部１７９と、空洞共振器に蓄えられるマイクロ波を外部へ送出する出力部１６９と、陰極部１７８、陽極部１７９及び出力部１６９の一部を内封する真空管本体の軸方向上下端に磁石を配設した磁気回路部１７０とを備える。そして、空洞共振器の数を１０個、陰極部１７８の外径と陽極ベイン１５２先端の内径との比を０．３６〜０．５９、陽極円筒部１５３の外径を８０〜１００ｍｍとした。更に、真空管本体の発振周波数が８００乃至１０００ＭＨｚとなる。
【００７２】
この構成によれば、陽極ベイン１５２の枚数を、従来の１２枚よりも少ない１０枚とした。このようにベイン枚数を１０枚とすれば、静電容量Ｃを変えずに、ベイン間の空洞共振器が大となりインダクタンスＬが大となるので、その分、陽極円筒部１５３の径を小さくすることができる。したがって、陽極部７９の円形状の径を小さくすることができるので、マグネトロン全体を小型化することができる。
【００７３】
また、ベイン枚数が１０枚の場合、１つの空洞が大きいので、空洞の形成誤差が空洞形状全体に反映される割合が小さい。このため、個々の空洞共振器の形状バラツキが小さいので、発振周波数が安定する。言い換えれば、静電容量Ｃが一定でインダクタンスＬが大きいので、個々の空洞共振器のバラツキが少なくなり、このため、発振周波数が安定する。更に、インダクタンスＬが大になると、発振周波数は下がって低周波となる。つまり、陽極ベイン１５２を１０枚とすれば、小形の低周波（発振周波数８００〜１０００ＭＨｚ）のマグネトロン１００を実現することができる。
【００７４】
したがって、９００ＭＨｚ帯のマグネトロンを、従来の２４５０ＭＨｚ帯のマグネトロンと略同一外径寸法及び略同一出力で提供することができる。
また、上記の磁石を、永久磁石５４，５４ａとした。
【００７５】
この構成によれば、電磁石を用いないので電磁石励磁用の電源も不要となり、その分、電源のコストが下がる。また、電磁石を用いた場合、陰極部１７８、陽極部１７９、電磁石用の３つの電源が必要であり、各給電対象の作用動作を考えながら各電源を制御して作動させる必要があった。しかし、電磁石が無くなると、陰極部１７８と陽極部１７９の２つの電源のみとなるので、電源の作動制御がその分簡単になるという効果がある。
【００７６】
特に、１つの高圧電源で９１５ＭＨｚマグネトロン１０と２４５０ＭＨｚマグネトロン１０とを共通して駆動できるという、特別の効果がある。
【００７７】
また、陰極部１７８は、直流の４ｋＶ〜８ｋＶの負の高電圧の印加状態において陽極部７９へ電子を放出し、この電子放出に応じて当該陽極部１７９が高周波電界を形成してマイクロ波を出力するようにした。
【００７８】
この構成によれば、従来のように発信源に半導体デバイスを用いる場合よりも高出力化が容易であり、半導体デバイスを駆動させる高コストの電源よりも、低コストとすることができるといった効果がある。
【００７９】
以下、上述のように構成されたマイクロ波加熱装置１の９１５ＭＨｚマイクロ波源１５の小型化について説明する。
本発明者らは、９１５ＭＨｚマイクロ波源１５の小型化を阻害する要因の一つが、９１５ＭＨｚ導波管２０の開口部２０ａ寸法（サイズ）の大きさにあると認識し、開口部２０ａをいかに小さくできるかを鋭意検討した。その結果、９１５ＭＨｚマイクロ波伝送の遮断周波数と開口部２０ａの幅Ｗ寸法とに特定の関係があることを見出した。また、マグネトロンアンテナ５８を基準位置としたとき金属反射板２１位置により伝送効率が変わることを見出した。
【００８０】
<開口部２０ａの幅寸法>
まず、開口部２０ａの幅寸法（以降、幅Ｗ寸法という）について説明する。
９１５ＭＨｚ導波管２０は、９１５ＭＨｚマイクロ波源１５を構成する。９１５ＭＨｚマイクロ波源１５は、金属加熱箱３０の上面側に配置され、金属加熱箱３０内にマイクロ波を照射する。
【００８１】
すなわち、マイクロ波を伝送する開口部２０ａの幅Ｗ寸法を１６７ｍｍにした場合、９１５ＭＨｚ導波管２０の遮断波長は、２×１６７ｍｍ＝３３４ｍｍとなる。一方、９１５ＭＨｚ導波管２０は、９１５ＭＨｚの空間波長が、約３３０ｍｍである。したがって、９１５ＭＨｚ導波管２０の遮断波長３３４ｍｍは、９１５ＭＨｚの空間波長約３３０ｍｍに近接しているので、９１５ＭＨｚマグネトロン１０から照射した９１５ＭＨｚマイクロ波は効率良く伝送される。このように、９１５ＭＨｚ導波管２０の開口部２０ａの幅Ｗ寸法は、９１５ＭＨｚマイクロ波伝送の遮断周波数（約９００ＭＨｚ）に近接した当該遮断周波数の略半分の幅寸法とした。
【００８２】
<開口部２０ａの高さ寸法>
次に、開口部２０ａの高さ寸法（以降、高さｈ寸法という）について説明する。
一般に、マグネトロンで発生したマイクロ波を導波管内に伝送させるためのマグネトロンのアンテナ高さは、自由空間波長のλ／４である。２４５０ＭＨｚマイクロ波では、マグネトロンのアンテナ高さは、１２．２ｃｍ×１／４≒３０ｍｍとなる。つまり、２４５０ＭＨｚマグネトロンでは、マグネトロンアンテナが導波管高さ方向に約３０ｍｍ挿入される。
【００８３】
これに対して、９１５ＭＨｚマイクロ波では、３３０ｍｍ／４＝８２．５ｍｍのアンテナ高さとなる。本実施形態では、図３乃至図１２に示すように、９１５ＭＨｚ導波管２０高さは、２４５０ＭＨｚ導波管高さと略同じ５４．０ｍｍとした。また、９１５ＭＨｚマグネトロン１０のマグネトロンアンテナ５８高さも２４５０ＭＨｚマグネトロンと同じ３０ｍｍ程度となる。
したがって、９１５ＭＨｚ導波管２０の開口部２０ａ寸法は、導波管形名ＷＲＪ−１のＪＩＳ規格２４７．６５Ｗｍｍ×１２３．８３ｈｍｍと比較して、幅寸法で約６７％、高さ寸法で約４４％まで小型化されている。
【００８４】
<９１５ＭＨｚマグネトロン１０及び２４５０ＭＨｚマグネトロン４０のアンテナ高さ>
マグネトロンで発生したマイクロ波を導波管内に伝送させるためのマグネトロンのアンテナ高さは、自由空間波長のλ／４である。２４５０ＭＨｚマイクロ波では、１２．２ｃｍ×１／４≒３０ｍｍである。このため、２４５０ＭＨｚマグネトロン４０のマグネトロンアンテナ５８を２４５０ＭＨｚ導波管５０の高さ方向に約３０ｍｍ挿入する。また、９１５ＭＨｚマイクロ波では、３３０ｍｍ／４＝８２．５ｍｍのアンテナ高さとなる。本実施形態では、９１５ＭＨｚ導波管２０高さは、２４５０ＭＨｚ導波管５０高さと略同じ５４．０ｍｍとした。９１５ＭＨｚマグネトロン１０のアンテナ高さも２４５０ＭＨｚマグネトロン４０と同じ３０ｍｍ程度となる。
【００８５】
これにより、９１５ＭＨｚ導波管２０を小型化し、かつ９１５ＭＨｚマグネトロン１０のアンテナ構造を２４５０ＭＨｚと共通化することができる。マグネトロンのアンテナ構造を共通化することで、マグネトロン製造コストの量産効果を得ることができる。
【００８６】
<伝送効率>
図４及び図５において、９１５ＭＨｚ導波管２０高さを５４．０ｍｍ、マグネトロンアンテナ５８高さを３２ｍｍとした場合の９１５ＭＨｚマイクロ波源１５のマイクロ波伝送特性をシミュレーションから求めた。
【００８７】
９１５ＭＨｚ導波管２０に挿入されるマグネトロンアンテナ５８の構造は、９１５ＭＨｚマグネトロン１０の出力部１６９（図６参照）を想定する。同軸管外導体５９の径を３７φｍｍ、内導体となるマグネトロンアンテナ５８の径を１８φｍｍの同軸管構造とする。また、９１５ＭＨｚ導波管２０内に挿入されるマグネトロンアンテナ５８の深さ（挿入される部分の長さ）は、３２ｍｍとする。
【００８８】
図５に示すように、内導体であるマグネトロンアンテナ５８から放射されるマイクロ波は、マイクロ波進行方向（金属加熱箱３０方向）に向かって伝送する。このときの伝送効率は、マグネトロンアンテナ５８からマイクロ波進行方向反対側の金属反射板（短絡板）２１の距離（ＢＰ（バックプランジャ）寸法）に依存する。
【００８９】
図１２は、９１５ＭＨｚ導波管２０の周波数特性を示す図である。図１２は、図４及び図１２のシミュレーションモデルにおける伝送効率のシミュレーション結果を示す。図１２中、横軸は周波数ｆ、縦軸は９１５ＭＨｚマイクロ波の伝送効率となる反射係数Γを示し、金属反射板２１位置（ＢＰ寸法）をパラメータとしている。
【００９０】
金属反射板２１位置（ＢＰ寸法）１３０．２〜１４０．２ｍｍで反射係数Γを０．１０まで最小化する。ここでは、金属反射板２１位置が、９０．２ｍｍ、１００．２ｍｍ、１３０．２ｍｍ、１４０．２ｍｍ、１５０．２ｍｍの各ＢＰ寸法における周波数ｆ及び反射係数Γを示している。反射係数Γ＝０はマイクロ波の１００％伝送を、反射係数Γ＝１はマイクロ波の０％伝送を表す。Γ＝０でアンテナから放射されたマイクロ波はすべて金属加熱箱３０内に供給され被加熱物に吸収される。Γ＝１．０では、被加熱物に吸収されるマイクロ波電力が０であることを表す。ｆ＝９００ＭＨｚでは、ＢＰ寸法に関わらずΓ＝１となるが、これは導波管幅寸法で決まる導波管遮断周波数である。
【００９１】
ここで、本実施形態では、９１５ＭＨｚ導波管２０の遮断波長を、９１５ＭＨｚマイクロ波伝送の遮断周波数（約９００ＭＨｚ）に近接させるように、９１５ＭＨｚ導波管２０の開口部２０ａの幅寸法を決定する。具体的には、９１５ＭＨｚ導波管２０の開口部２０ａの幅寸法を１６７ｍｍとすることで、９１５ＭＨｚ導波管２０の遮断波長を２×１６７＝３３４ｍｍとし、９１５ＭＨｚマイクロ波伝送の遮断周波数（約９００ＭＨｚ）に近接させている。
【００９２】
図１２に示すように、金属反射板２１位置（ＢＰ寸法）１４０．２ｍｍの場合、反射係数Γ＝０．１０で９１５ＭＨｚマイクロ波が最も良く伝送され、金属反射板２１位置（ＢＰ寸法）１３０．２ｍｍの場合、反射係数Γ＝０．１２でそれに次ぐ。したがって、金属反射板２１位置（ＢＰ寸法）を１３０〜１４０ｍｍとした場合、伝送効率が良いことがシミュレーションにより確かめられた。
【００９３】
以下、上述のように構成されたマイクロ波加熱装置１の内部加熱について説明する。
<被加熱物のマイクロ波吸収電力の分布>
図１３は、マイクロ波加熱装置１のマイクロ波電界分布のシミュレーション解析モデルを説明する図である。図１４は、図１３のシミュレーション解析モデルによるマイクロ波電界分布（シミュレーション結果）を示す図であり、図１４（ａ）は、図１３の水負荷Ａを９１５ＭＨｚマイクロ波により加熱した場合のマイクロ波電界分布を、図１４（ｂ）は、図１３の水負荷Ｂを９１５ＭＨｚマイクロ波により加熱した場合のマイクロ波電界分布をそれぞれ示す。また、図１４（ｃ）は、図１３の水負荷Ａを２４５０ＭＨｚマイクロ波により加熱した場合のマイクロ波電界分布を、図１４（ｄ）は、図１３の水負荷Ｂを２４５０ＭＨｚマイクロ波により加熱した場合のマイクロ波電界分布をそれぞれ示す。なお、図１３の()内数値は、２４５０ＭＨｚマイクロ波源４５（図３参照）を使用した場合の解析モデル例である。
【００９４】
図１３に示すように、金属加熱箱３０の上面中央部に９１５ＭＨｚマイクロ波源１５（図３参照）を設置し、金属加熱箱３０内に被加熱物として水負荷１Ｌ×２個（容器：１Ｌビーカ）を入れて載置する。この水負荷Ａ，Ｂサイズは、例えば１０２φｍｍ×１１０ｈｍｍである。
９１５ＭＨｚ導波管２０又は２４５０ＭＨｚ導波管５０を介して金属加熱箱３０内に９１５ＭＨｚマイクロ波又は２４５０ＭＨｚマイクロ波を照射する解析モデルについて、シミュレーションを行った。
【００９５】
図１４（ａ）（ｂ）に示すように、９１５ＭＨｚマイクロ波の場合、底面から１／３高さ位置に強いマイクロ波吸収部分が２個の水負荷Ａ，Ｂに見られる。
一方、図１４（ｃ）（ｄ）に示すように、２４５０ＭＨｚマイクロ波の場合は、マイクロ波照射面側である上面側に強いマイクロ波吸収が見られる。９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波のマイクロ波吸収分布の差は明らかである。この知見から、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波を併用することにより、被加熱物に対し均一な内部加熱を実現できることになる。
【００９６】
上述したシミュレーション結果を検証するため、水負荷Ａ，Ｂの代わりに、水分９９％の感温ゲルを使い実動作試験を行った。感温ゲルは、温度の高い部分、つまりマイクロ波電界の強い場所から白濁化するものであり、被加熱物内のマイクロ波吸収分布調査に好適である。
【００９７】
図１５は、被加熱物として水分９９％の感温ゲル剤を採用し、実際にマイクロ波照射を行い、図１４のシミュレーション結果を検証した実験結果を示す図である。図１５（ａ）はその９１５ＭＨｚマイクロ波の場合の実験結果を、図１５（ｂ）はその２４５０ＭＨｚマイクロ波の場合の実験結果をそれぞれ示す。
図１５（ａ）に示すように、９１５ＭＨｚマイクロ波では、負荷底面から１／３の位置で感温ゲル９１が白濁化（網掛部分参照）している。
また、図１５（ｂ）に示すように、２４５０ＭＨｚマイクロ波では、マイクロ波照射面である上面側から感温ゲル９１が白濁化（網掛部分参照）している。
以上により、図１４のシミュレーション結果とほぼ同様な実験結果を得ることができた。
【００９８】
[検証例]
９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波を併用するマイクロ波加熱装置１（図３参照）に適用した。マイクロ波加熱装置１は、例えば工業用電子レンジである。
図３の構造例の場合、２４５０ＭＨｚマイクロ波は金属加熱箱３０下面から照射することになる。この場合のマイクロ波吸収分布シミュレーション結果を図１６に、感温ゲル負荷実動作実験結果を図１７に示した。
【００９９】
図１６は、２４５０ＭＨｚマイクロ波源４５を金属加熱箱３０の底面に設置し、マイクロ波照射した場合の被加熱物のマイクロ波吸収電力分布のシミュレーション結果を示す図であり、図１６（ａ）はその側面から見たマイクロ波吸収電力分布を、図１６（ｂ）はその上方から見たマイクロ波吸収電力分布をそれぞれ示す。
【０１００】
図１７は、被加熱物として水分９９％の感温ゲル剤にマイクロ波照射した場合のマイクロ波吸収分布を示す図であり、図１６のシミュレーション結果を検証した実験結果を示す図である。
図１６及び図１７に示すように、感温ゲル９１の白濁化（網掛部分参照）は照射面側である下面側から生じ、前記図１４のシミュレーションと同じ結果となっている。
【０１０１】
[適用例]
マイクロ波加熱装置２の９１５ＭＨｚマグネトロン１０は、永久磁石タイプマグネトロンである。２４５０ＭＨｚマグネトロン４０は、一般の電子レンジ用マグネトロン（８００Ｗ）である。
【０１０２】
基本構造は、９１５ＭＨｚマグネトロン１０と２４５０ＭＨｚマグネトロン４０は、共に同じである。発振周波数を決める陽極構造は、空洞共振器タイプであり、空洞のインダクタンスＬ、キャパシタンスＣにより、９１５ＭＨｚ又は２４５０ＭＨｚの共振器を設計する。例えば、前記図６に示した永久磁石タイプのマグネトロン構造を用いることができる。図６の陽極部１７９は、空洞共振器構造であり、９１５ＭＨｚマグネトロン１０の場合、空洞のＬを大きくするため、陽極部１７９の外径は９０φｍｍ程度である。また、２４５０ＭＨｚマグネトロン４０の場合、陽極部１７９の外径は４０φｍｍ（８００Ｗ出力）〜５２φｍｍ（６ｋＷ出力）である。なお、９１５ＭＨｚマグネトロン１０と２４５０ＭＨｚマグネトロン４０の永久磁石１５４，１５４ａ、陰極部１７８の仕様は同じである。
【０１０３】
９１５ＭＨｚマグネトロン１０と２４５０ＭＨｚマグネトロン４０では、空洞共振器の共振周波数が９１５ＭＨｚと２４５０ＭＨｚと大きく異なるため、両マグネトロンを同時動作させてもマイクロ波干渉は生じない。
陽極電圧が同じ９１５ＭＨｚマグネトロン１０と２４５０ＭＨｚマグネトロン４０であれば、陽極電源１台でマグネトロンを並列接続し、同時動作させることができる。
【０１０４】
次に、本実施形態に係るマイクロ波加熱装置１の特有の作用効果について説明する。
マイクロ波加熱装置１は、９１５ＭＨｚマグネトロン１０と２４５０ＭＨｚマグネトロン４０を備えるハイブリッド電子レンジである。
【０１０５】
[マイクロ波加熱の特徴]
まず、マイクロ波加熱の特徴と９１５ＭＨｚマイクロ波加熱の優位性について述べる。
マイクロ波加熱は、マイクロ波を使用しない通常の外部加熱にはない下記特徴(1)〜(5)を有する。
(1)高速加熱：被加熱物全体が発熱する。すなわち、熱伝導等による拡散時間が無視できる。
(2)高効率加熱：マイクロ波は、光速で浸透し、被加熱物自体が発熱するので外部へのエネルギロスが少ない。
(3)高速応答：マイクロ波は、光速で浸透し、被加熱物自体が発熱するので高速な加熱が可能である。
(4)均一加熱：被加熱物全体が発熱し均一な温度分布となる。
(5)局所、選択加熱：物質により吸収するマイクロ波電力に違いがあり、マイクロ波帯及びその電力を適切に選定することにより局所、選択的加熱が可能である。
【０１０６】
<マイクロ波の減衰>
マイクロ波が誘電体中を進むと、エネルギは減衰して熱に変換されていく。電波のエネルギが半減するマイクロ波電力半減深さＤは、前記式（１）で示される。
εｒ・ｔａｎδを誘電損失係数と呼び、この値が大きいほど半減深度は浅くなる。
<マイクロ波による発生熱量>
マイクロ波により発生する熱量Ｐは、次式（３）で求められる。
【０１０７】
Ｐ＝５／９×１０−１２×εｒ・ｔａｎδ・ｆ・Ｅ２      …（３）
【０１０８】
前記式（１）と同様に、マイクロ波発生熱量Ｐは、εｒ・ｔａｎδ（誘電損失係数）が大きいほど発生熱量が大きくなる。すなわち、誘電損失係数が大きい場合、電磁波の吸収が良く、加熱され易くなる。また、周波数ｆが高いほど発生熱量も大きい。
【０１０９】
[９１５ＭＨｚマイクロ波の優位性]
図１８は、２４５０ＭＨｚマイクロ波と比較して９１５ＭＨｚマイクロ波の優位性を説明する図であり、（ａ）は各項目における２４５０ＭＨｚマイクロ波と９１５ＭＨｚマイクロ波との比較表、（ｂ）はこの比較表に示される特徴から技術的に期待される開発動向（展望）を示す。
例えば、図１８（ａ）に示す項目「波長」、「マグネトロン発振効率」及び「照射室の大きさ」の比較内容から、図１８（ｂ）に示す(1)被加熱物の大型化、(2)均一性向上、(5)大口径プラズマ、及び(8)プラズマの安定化の向上が期待できる。また、図１８（ａ）に示す項目「マグネトロン単管出力」から、図１８（ｂ）に示す(3)マグネトロンの大出力化が期待できる。同様に、図１８（ａ）に示す項目「マグネトロン発振効率」から、図１８（ｂ）に示す(4)省エネが期待できる。
【０１１０】
次に、これらの特徴を考慮し、２４５０ＭＨｚ、９１５ＭＨｚマイクロ波の併用加熱特性について検討する。
図１９は、２４５０ＭＨｚマイクロ波と９１５ＭＨｚマイクロ波の加熱特性を比較して加熱特性比較表（表１）として示す図である。図１９の加熱特性比較表（表１）において、◎印は加熱特性が最も良いマイクロ波又はその組合せを表し、○印は、加熱特性が次いで良いマイクロ波又はその組合せを表し、△印は加熱特性が良くないマイクロ波を表す。
【０１１１】
図１９の加熱特性比較表（表１）に示すように、２４５０ＭＨｚマイクロ波による加熱特性は、加熱対象が「水加熱」、「生牛肉加熱」、「含塩食品加熱」及び「冷凍穀物解凍・加熱」である場合に好適である。但し、加熱対象が「牛肉解凍・加熱」及び「食品乾燥」である場合には適していない。これに対して、９１５ＭＨｚマイクロ波による加熱特性は、加熱対象が「氷（解凍）」及び「冷凍穀物解凍」である場合に好適である。また、９１５ＭＨｚマイクロ波では、特に適さない加熱対象はない。
【０１１２】
注目すべきは、図１９の加熱特性比較表（表１）に示すように、加熱対象が「牛肉解凍・加熱」の場合である。２４５０ＭＨｚマイクロ波による加熱特性があまり適さない（△印参照）、９１５ＭＨｚマイクロ波による加熱特性が適（○印参照）であった。しかしながら、２４５０ＭＨｚと９１５ＭＨｚマイクロ波を併用した場合には、加熱特性が最適（◎印参照）となり、２４５０ＭＨｚマイクロ波加熱が苦手としていた加熱対象「牛肉解凍・加熱」に好適に対応することができる。加熱対象が「食品乾燥」の場合についても同様に、２４５０ＭＨｚと９１５ＭＨｚマイクロ波を併用することで、加熱特性が最適（◎印参照）となる。以上の知見は、本発明者らの実験等により初めて得られたものである。したがって、例えば加熱対象が「牛肉解凍・加熱」「食品乾燥」であることが分かっている場合、２４５０ＭＨｚマイクロ波加熱を９１５ＭＨｚマイクロ波加熱に切り替える（選択する）よりも、当初から２４５０ＭＨｚと９１５ＭＨｚマイクロ波併用加熱を選択することが好ましい。
【０１１３】
また、基本的には、２４５０ＭＨｚと９１５ＭＨｚマイクロ波を併用加熱した場合、加熱特性は良好である。しかしながら、２４５０ＭＨｚと９１５ＭＨｚマイクロ波を併用加熱しなくても一方のマイクロ波のみで十分な加熱特性が得られることも判明した。例えば、図１９の加熱特性比較表（表１）に示すように、加熱対象が「氷（解凍）」「冷凍穀物解凍」の場合、２４５０ＭＨｚと９１５ＭＨｚマイクロ波を併用加熱しなくても９１５ＭＨｚマイクロ波加熱のみで良好な加熱特性が得られる。また、加熱対象が「冷凍穀物解凍・加熱」の場合、２４５０ＭＨｚと９１５ＭＨｚマイクロ波を併用加熱しなくても２４５０ＭＨｚマイクロ波加熱のみで良好な加熱特性が得られる。さらに、加熱対象が「水加熱」「生牛肉加熱」「含塩食品加熱」の場合、２４５０ＭＨｚと９１５ＭＨｚマイクロ波を併用加熱する場合よりも２４５０ＭＨｚマイクロ波加熱のみ場合の方が良好な加熱特性となることも判明した（但し、加熱対象物の容積、温度、電力等の他の条件にもよる）。
【０１１４】
次に、氷の解凍・加熱方法について検討する。
[水の加熱]
図２０は、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の温度による水の半減深度を水の半減深度表（表２）として示す図である。
図２０に示すように、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波のいずれのマイクロ波についても温度の上昇に従い半減深度は深くなる。温度が上がるとより深くまで加熱できる。
【０１１５】
<水を加熱する場合>
図２１は、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の水加熱を説明する図であり、（ａ）はその水加熱方法１を、（ｂ）はその水加熱方法２をそれぞれ表している。図２１中の網掛け部分は、該当マイクロ波による水加熱を表している。図２１の縦軸は、該当マイクロ波における出力を、横軸は時間を示している。
【０１１６】
図２１に示すように、水を加熱する場合、９１５ＭＨｚマイクロ波の方が２４５０ＭＨｚマイクロ波より水の半減深度は深いので、９１５ＭＨｚマイクロ波により水加熱を行う。図２１（ａ）に示すように、９１５ＭＨｚマイクロ波の方が表層のみでなく深くまで加熱可能であるため、９１５ＭＨｚマイクロ波により水加熱を行う。図２１（ａ）の例では、内部の温度分布を考慮して、時間の経過に伴って９１５ＭＨｚマイクロ波の出力を少しずつ上げている。また、図２１（ｂ）の例では、内部の温度分布は考慮せずに加熱のみを行っている。９１５ＭＨｚマイクロ波の出力は一定としている。
【０１１７】
<短時間で水を加熱する場合>
図２２は、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の水加熱を説明する図であり、（ａ）はその水加熱方法３を、（ｂ）はその水加熱方法４をそれぞれ表している。図２２中の網掛け部分は、該当マイクロ波による水加熱を表している。図２２の縦軸は、該当マイクロ波における出力を、横軸は時間を示している。
【０１１８】
図２２（ａ）は、短時間で水を加熱する場合、２４５０ＭＨｚマイクロ波を用いた例である。図２２（ａ）の例では、２４５０ＭＨｚマイクロ波を用いているため、表層の加熱が強く、加熱ムラは大きい。この例では、加熱ムラを緩和させるため、時間の経過に伴って２４５０ＭＨｚマイクロ波の出力を上げている。また、図２２（ｂ）の例では、９１５ＭＨｚマイクロ波に比べると加熱ムラは大きいものの、比較例として２４５０ＭＨｚマイクロ波の出力は一定としている。
【０１１９】
[氷の解凍]
<氷を解凍する場合>
図２３は、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の氷の解凍（解凍方法１）を説明する図である。図２３中の網掛け部分は、該当マイクロ波による水加熱を表している。図２３の縦軸は、該当マイクロ波における出力を、横軸は時間を示している。
図２３に示すように、氷を解凍する場合、９１５ＭＨｚマイクロ波により、過加熱を防ぎながら、低出力で解凍する。図２３の例では、加熱開始時に９１５ＭＨｚマイクロ波の出力を大きくし、時間の経過に伴って９１５ＭＨｚマイクロ波の出力を下げている。
【０１２０】
<大量の水を解凍後に加熱をする場合>
図２４は、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の、大量の氷を解凍後に加熱をする場合の氷の解凍（解凍方法２）を説明する図である。図２４中の網掛け部分は、該当マイクロ波による水加熱を表している。図２４の縦軸は、該当マイクロ波における出力を、横軸は時間を示している。
【０１２１】
図２４に示すように、大量の氷を解凍後に加熱をする場合、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波を併用する。図２４の例では、加熱開始時に９１５ＭＨｚマイクロ波の出力を大きくし、時間の経過に伴って９１５ＭＨｚマイクロ波の出力を下げるとともに、解凍終了後には、９１５ＭＨｚマイクロ波を停止させ、かつ２４５０ＭＨｚマイクロ波を用いて、水を加熱する。この例では、加熱ムラを緩和させるため、時間の経過に伴って２４５０ＭＨｚマイクロ波の出力を少しずつ上げている。
【０１２２】
次に、食品の解凍・加熱方法について検討する。
[食品（牛肉）の解凍]
図２５は、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の温度による食品の半減深度を食品の半減深度表（表３）として示す図である。ここでは食品として、牛肉を例に採る。
【０１２３】
図２５には、食品（牛肉）の温度毎の９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の半減深度が示されている。例えば、食品（牛肉）が４．５℃の場合、９１５ＭＨｚマイクロ波の半減深度は、−１．１２ｃｍ、２４５０ＭＨｚマイクロ波の半減深度は、−１８．２ｃｍである。なお、食品（牛肉）が−５１．１℃の場合、４．５℃の場合に比べて９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の半減深度は、いずれも深い（９１５ＭＨｚマイクロ波では−７０ｃｍ、２４５０ＭＨｚマイクロ波では−４６ｃｍ）。−５１．１℃では、半減深度が深い（凍っている）、−１７．７℃では既に溶けている状態である。これにより、食品（牛肉）においては、下記の解凍・加熱方法が提案できる。
【０１２４】
<食品（牛肉）を解凍後すぐに調理する場合>
図２６は、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の、食品（牛肉）を解凍後すぐに調理する場合の食品（牛肉）の解凍（食品解凍方法１）を説明する図である。図２６中の網掛け部分は、該当マイクロ波による水加熱を表している。図２６の縦軸は、該当マイクロ波における出力を、横軸は時間を示している。
【０１２５】
図２６に示すように、食品（牛肉）を解凍後すぐに調理する場合、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波を併用する。図２６の例では、加熱開始時に９１５ＭＨｚマイクロ波の出力を大きくし、時間の経過に伴って９１５ＭＨｚマイクロ波の出力を下げるとともに、解凍終了後には、９１５ＭＨｚマイクロ波を停止させ、かつ２４５０ＭＨｚマイクロ波を用いて、食品（牛肉）を加熱する。前記図２５の食品の半減深度表（表３）に示すように、常温に近づくと、２４５０ＭＨｚマイクロ波の方が半減深度が深く有効であるので、２４５０ＭＨｚマイクロ波に切り替える（選択する）。
【０１２６】
<食品（牛肉）を解凍のみする場合>
図２７は、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の、食品（牛肉）を解凍後すぐに調理する場合の食品（牛肉）の解凍（食品解凍方法２）を説明する図である。図２７中の網掛け部分は、該当マイクロ波による水加熱を表している。図２７の縦軸は、該当マイクロ波における出力を、横軸は時間を示している。
図２７に示すように、食品（牛肉）を解凍のみする場合、冷凍域では９１５ＭＨｚマイクロ波の方が半減深度が深く有効であるので、加熱開始時に９１５ＭＨｚマイクロ波の出力を大きくし、時間の経過に伴って９１５ＭＨｚマイクロ波の出力を下げる。そして、食品（牛肉）の温度が−１７．５又はその近傍の温度で、９１５ＭＨｚマイクロ波を停止させる。
【０１２７】
[食品の加熱]
<食品（牛肉）の生肉を加熱する場合>
図２８は、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の、食品（牛肉）の生肉を加熱する場合の食品（牛肉）の加熱（食品加熱方法１）を説明する図である。図２８中の網掛け部分は、該当マイクロ波による水加熱を表している。図２８の縦軸は、該当マイクロ波における出力を、横軸は時間を示している。
図２８に示すように、食品（牛肉）の生肉を加熱する場合、２４５０ＭＨｚマイクロ波を用いる。生肉の加熱には、２４５０ＭＨｚマイクロ波が有効である。２４５０ＭＨｚマイクロ波の出力は一定としている。
【０１２８】
<調理済み冷凍穀物・野菜を解凍後に加熱する場合>
図２９は、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の、調理済み冷凍穀物・野菜を解凍後に加熱する場合の食品の加熱（食品加熱方法２）を説明する図である。図２９中の網掛け部分は、該当マイクロ波による水加熱を表している。図２９の縦軸は、該当マイクロ波における出力を、横軸は時間を示している。
【０１２９】
図２９に示すように、調理済み冷凍穀物・野菜を解凍後に加熱する場合、調理済み冷凍穀物・野菜では、氷の影響が大きいため解凍後加熱のパターン（図２６の食品解凍方法１）を用いる。すなわち、調理済み冷凍穀物・野菜を解凍後に加熱する場合、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波を併用し、加熱開始時に９１５ＭＨｚマイクロ波の出力を大きくし、時間の経過に伴って９１５ＭＨｚマイクロ波の出力を下げるとともに、解凍終了後には、９１５ＭＨｚマイクロ波を停止させ、かつ２４５０ＭＨｚマイクロ波を用いて、調理済み冷凍穀物・野菜を加熱する。この例では、解凍後に加熱するので、時間の経過に伴って２４５０ＭＨｚマイクロ波の出力を少しずつ上げている。
【０１３０】
<塩分濃度が大きな食品を加熱する場合>
図３０は、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の、塩分濃度が大きな食品を加熱する場合の含塩食品の加熱（食品加熱方法３）を説明する図である。図３０中の網掛け部分は、該当マイクロ波による水加熱を表している。図３０の縦軸は、該当マイクロ波における出力を、横軸は時間を示している。
図３０に示すように、塩分濃度が大きな食品を加熱する場合、２４５０ＭＨｚマイクロ波を用いる。すなわち、塩分濃度が高い場合、９１５ＭＨｚマイクロ波の損失係数が大きいので、内部の温度分布を考慮して、２４５０ＭＨｚマイクロ波が有効であるとする。なお、２４５０ＭＨｚマイクロ波の出力は一定としている。
【０１３１】
以上述べたように、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波を併用することにより、水や食品等の解凍・加熱に対して有効な解凍・加熱方法を用いることができ、均一な内部加熱を実現できる。
【０１３２】
図３１は、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の照射タイミングを模式的に示す図である。図３１の縦軸は、そのマイクロ波出力を、横軸はその照射タイミングと照射時間を示している。
図３１に示すように、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の照射タイミングと照射時間を内容物により切替又は併用する。また、出力電力も可変できるようにしている。
【０１３３】
ここで、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の照射タイミングと照射時間、及び出力電力を切り替え又は組合せできるのは、本実施形態に係るマイクロ波加熱装置１が、９１５ＭＨｚマグネトロン１０と２４５０ＭＨｚマグネトロン４０に印加する高圧電源を共通（陽極電源１台）としたからである。すなわち、図１に示すように、マイクロ波加熱装置１は、９１５ＭＨｚマグネトロン１０と２４５０ＭＨｚマグネトロン４０とを並列接続し、陽極電源１台で両マグネトロンを同時動作可能であることによる。
【０１３４】
次に、化学物質の加熱方法について検討する。
２４５０ＭＨｚと９１５ＭＨｚ各マイクロ波の吸収性が良い物質を利用することにより、選択加熱的加熱が可能となる。例えば、エタノール等は、２４５０ＭＨｚマイクロ波より９１５ＭＨｚマイクロ波の方がマイクロ波吸収が良い。したがって、９１５ＭＨｚマイクロ波を優先して用いることが考えられる。
【０１３５】
次に、加熱・解凍時間の基本概念について説明する。
図３２乃至図３４は、部分的過熱を防止して加熱したい場合において、加熱・解凍時間概念を説明する図である。図３２は、水及び氷を２４５０ＭＨｚマイクロ波で加熱の場合の概念図、図３３は、水及び氷を９１５ＭＨｚマイクロ波で加熱の場合の概念図、図３４は、水及び氷を２４５０ＭＨｚマイクロ波と９１５ＭＨｚマイクロ波併用加熱の場合の概念図である。図３２乃至図３４のＸ軸は加熱時間を、Ｙ軸は被加熱物の大きさを、Ｚ軸はマイクロ波出力を、それぞれ横軸は時間を示している。また、図３２乃至図３４中の網掛け部分は、該当マイクロ波による各被加熱物ａ１〜ａ３，ｂ１〜ｂ３毎の加熱・解凍を表している。
【０１３６】
<水及び氷を２４５０ＭＨｚマイクロ波で加熱の場合>
図３２は、水及び氷を部分的過熱を防止して加熱したい場合において、水及び氷を２４５０ＭＨｚマイクロ波で加熱する場合の加熱・解凍時間概念図である。
図３２に示すように、被加熱物ａ１〜ａ３，ｂ１〜ｂ３は、被加熱物の大きさに応じて、要求される加熱時間とマイクロ波出力が変わる。例えば、加熱の場合、最も大きい被加熱物ａ３は、被加熱物ａ２，ａ１よりも加熱時間がより長く掛る。同様に、解凍の場合、最も大きい被加熱物ｂ３は、被加熱物ｂ２，ｂ１よりも加熱時間がより長く掛る。なお、被加熱物ａ１とｂ１、被加熱物ａ２とｂ２、及び被加熱物ａ３とｂ３は、同一の被加熱物を加熱時と解凍時とで分けて表したものとしてもよい。
【０１３７】
また、加熱時間を短縮しようとすると、被加熱物ａ３は、被加熱物ａ２，ａ１よりもマイクロ波出力をより大きくする。但し、上述したように、２４５０ＭＨｚマイクロ波と９１５ＭＨｚマイクロ波とでは、半減深度と被加熱物の温度及び対象物により、解凍の可否及び効率が異なるので、前記図２０乃至図３１で述べた照射タイミングと照射時間、出力電力を用いる。
【０１３８】
２４５０ＭＨｚマイクロ波による加熱では、表層の効率が非常に良い。しかし、表層でマイクロ波が吸収されてしまうので、被加熱物が大きく（深く）なると、深部を加熱できないので、温度分布を均一にするためには加熱時間が掛かることになる。図３２では、被加熱物ａ３は、被加熱物ａ２，ａ１よりも加熱時間がより長く掛っている。
解凍では、前記図２０の水の半減深度表（表２）に示すように、マイクロ波の半減深度が深く、水との誘電損失係数が大きく異なる。このため、熱伝導時間を掛けて２４５０ＭＨｚマイクロ波を断続して照射する必要があり加熱時間が掛かる。図３２では、被加熱物ｂ３は、被加熱物ｂ２，ｂ１よりも加熱時間がより長く掛っている。
【０１３９】
<水及び氷を９１５ＭＨｚマイクロ波で加熱の場合>
図３２は、水及び氷を部分的過熱を防止して加熱したい場合において、水及び氷を９１５ＭＨｚマイクロ波で加熱する場合の加熱・解凍時間概念図である。
９１５ＭＨｚマイクロ波による加熱では、２４５０ＭＨｚマイクロ波と比較した場合、前記図２０の水の半減深度表（表２）に示すように、水において半減深度が深い。このため、温度分布を均一にできるので、加熱時間を短くすることができる。
【０１４０】
解凍では、２４５０ＭＨｚマイクロ波と比較した場合、半減深度が深く、マイクロ波を断続照射するという前提で、照射時間（すなわち出力電力）を長くとることができる。例えば、図３３の被加熱物ａ３の出力（図３３のＰ２参照）は、図３２の被加熱物ａ３の出力（図３２のＰ１参照）よりも大きく（Ｐ２＞Ｐ１）することができる。
【０１４１】
<水及び氷を２４５０ＭＨｚマイクロ波と９１５ＭＨｚマイクロ波併用加熱の場合>
図３３は、水及び氷を部分的過熱を防止して加熱したい場合において、水及び氷を２４５０ＭＨｚマイクロ波と９１５ＭＨｚマイクロ波併用加熱の場合の加熱・解凍時間概念図である。
２４５０ＭＨｚマイクロ波と９１５ＭＨｚマイクロ波のそれぞれの長所を活かして、各マイクロ波を適当な照射タイミングで切替え、短時間で均一な加熱を可能にする。
例えば、図３３の被加熱物ａ３の加熱時間（図３３のｔ２参照）は、図３２の被加熱物ａ３の加熱時間（図３２のｔ１参照）よりも加熱時間を短く（ｔ２＜ｔ１）することができる。換言すれば、９１５ＭＨｚマイクロ波を用いると、２４５０ＭＨｚマイクロ波を用いた場合と比較して、より短い加熱時間で温度分布が均一な加熱を得ることができる。
【０１４２】
加熱では、被加熱物が小さい（少ない）場合は２４５０ＭＨｚマイクロ波を優先的に使用して加熱し、また被加熱物が大きい（深い）場合は９１５ＭＨｚマイクロ波を使用して加熱する。
図３４に示すように、例えば、被加熱物ａ３の加熱時間（図３４のｔ３参照）は、図３３の被加熱物ａ３の加熱時間（図３３のｔ２参照）よりも加熱時間をさらに短く（ｔ３＜ｔ２＜ｔ１）することができる。
【０１４３】
解凍では、前記図２０の水の半減深度表（表２）に示すように、半減深度が深い９１５ＭＨｚマイクロ波を主に使用し、解凍後に２４５０ＭＨｚマイクロ波に切り替えて解凍・加熱をする（図２４、図２６、図２９参照）。例えば、図３４の被加熱物ａ３の出力（図３４のＰ３参照）は、図３３の被加熱物ａ３の出力（図３３のＰ２参照）よりも大きく（Ｐ３＞Ｐ２＞Ｐ１）することができる。
ここで、２４５０ＭＨｚマイクロ波と９１５ＭＨｚマイクロ波の同時照射も可能である。
【０１４４】
次に、マイクロ波加熱・誘電加熱の応用例とその特徴について簡単に説明する。
２４５０ＭＨｚマイクロ波加熱は、食品関係、木材関係、科学関係、窯業関係、鋳物関係、フィルム・紙関係、ゴム関係、インク・塗料関係、殺虫関係、医療関係、低温プラズマ関係、その外の各分野において応用されている。
９１５ＭＨｚマイクロ波加熱は、２４５０ＭＨｚマイクロ波加熱が使用されていた各分野のうち、例えば食品関係の「冷凍食品の解凍」、材木関係の「木材の加熱・乾燥」、窯業関係の「大型耐火物の加熱・乾燥」、その外の「配管を流れる水，スラリーへの加熱」に採用されている。
【０１４５】
本実施形態に係るマイクロ波加熱装置１は、９１５ＭＨｚマグネトロン１０と２４５０ＭＨｚマグネトロン４０を備えるハイブリッド電子レンジであり、９１５ＭＨｚマイクロ波加熱を応用していた各分野、すなわち食品関係の「冷凍食品の解凍」、材木関係の「木材の加熱・乾燥」、窯業関係の「大型耐火物の加熱・乾燥」、その外の「配管を流れる水，スラリーへの加熱」に適用が可能である。
【０１４６】
以上説明したように、本実施形態に係るマイクロ波加熱装置１は、９１５ＭＨｚマイクロ波を発生する９１５ＭＨｚマグネトロン１０と、９１５ＭＨｚマグネトロン１０で発生したマイクロ波電力を伝送する９１５ＭＨｚ導波管２０と、２４５０ＭＨｚマイクロ波を発生する２４５０ＭＨｚマグネトロン４０と、２４５０ＭＨｚマグネトロン４０で発生した２４５０ＭＨｚマイクロ波電力を伝送する２４５０ＭＨｚ導波管５０と、被加熱物を収納可能な内部空間を有し、９１５ＭＨｚ導波管２０から伝送された９１５ＭＨｚマイクロ波電力と２４５０ＭＨｚ導波管５０から伝送された２４５０ＭＨｚマイクロ波電力とを被加熱物に照射させる金属加熱箱３０と、を備える。マイクロ波加熱装置１は、９１５ＭＨｚマグネトロン１０及び２４５０ＭＨｚマグネトロン４０を駆動する高圧電源６０と、９１５ＭＨｚマグネトロン１０及び２４５０ＭＨｚマグネトロン４０の照射タイミング、加熱時間、又は出力電力を制御する制御装置７０（図１参照）と、を備える。
【０１４７】
９１５ＭＨｚマグネトロン１０は、永久磁石タイプのマグネトロンである。また、９１５ＭＨｚマグネトロン１０及び２４５０ＭＨｚマグネトロン４０は、陽極構造が、空洞のインダクタンスＬ、キャパシタンスＣを有する９１５ＭＨｚ又は２４５０ＭＨｚの空洞共振器タイプであり、９１５ＭＨｚマグネトロン１０の陽極部の外径は、空洞のインダクタンスＬを大きくするため２４５０ＭＨｚマグネトロン４０の陽極部の外径よりも大きく、かつ、
陰極部から放出された電子に磁束を付与する永久磁石を備える。
【０１４８】
以上、９１５ＭＨｚマグネトロン１０を、永久磁石タイプマグネトロンで構成することによって、９１５ＭＨｚマグネトロン１０と２４５０ＭＨｚマグネトロン４０とをほぼ同一構造で構成することが可能になった。
また、制御装置７０は、被加熱物の種別及び容積に基づいて、９１５ＭＨｚマグネトロン１０又は２４５０ＭＨｚマグネトロン４０のいずれかを単体、若しくは併用して制御する。
【０１４９】
この構成により、９１５ＭＨｚと２４５０ＭＨｚの両方のマイクロ波を加熱箱に照射できる工業用電子レンジを実現することができた。
【０１５０】
本実施形態では、９１５ＭＨｚ導波管２０の小型化が実現できるので、２４５０ＭＨｚ電子レンジの金属加熱箱３０のサイズおいて、２４５０ＭＨｚ導波管５０と共に９１５ＭＨｚ導波管２０を実装して、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波を供給することができる。また、２４５０ＭＨｚ導波管５０と同じアンテナ高さ寸法の９１５ＭＨｚ導波管２０使用して、９１５ＭＨｚマグネトロン１０で発生した９１５ＭＨｚマイクロ波を効率よく金属加熱箱３０に伝送することができる。
【０１５１】
２４５０ＭＨｚのマイクロ波では、被加熱物の内部表面側から加熱されるため、厚物被加熱物では、均一な内部加熱ができない欠点があった。これに対して、本実施の形態では、マイクロ波浸透が深い９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波を併用することで均一な内部加熱を実現することできる。
【０１５２】
例えば、図１４に示すように、マイクロ波の浸透が深い９１５ＭＨｚマイクロ波では、被加熱物の内部から加熱処理できる一方、２４５０ＭＨｚマイクロ波では、被加熱物の表面付近から加熱が始まる。したがって、９１５ＭＨｚマイクロ波と２４５０ＭＨｚマイクロ波の照射で極めて優れた均一な内部加熱ができる。その結果、例えば種々の物質、質量の被加熱物に対し、均一な内部加熱を得ることができる。食品解凍もそのうちの一つである。
【０１５３】
また、本実施形態によれば、９１５ＭＨｚマイクロ波源１５（図３参照）の小型化が実現できるので、従来の２４５０ＭＨｚ電子レンジの金属加熱箱３０サイズおいて、９１５ＭＨｚマイクロ波を供給することができる。その結果、９１５ＭＨｚマイクロ波又は２４５０ＭＨｚマイクロ波を併用する家庭用又は工業用電子レンジに幅広く適用することができる。また、小型化を実現できることから、従来の２４５０ＭＨｚ電子レンジと同様に使い勝手の面でも、優れたものとなっている。
【０１５４】
なお、本発明は、上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜その構成を変更することができる。
【０１５５】
例えば、マイクロ波を発振出力するマイクロ波発振デバイスとしては、クライストロン、ジャイトロンなどの電子管を用いたマイクロ波発生装置でもよい。また、導波管や加熱箱の材質、形状、構造などは一例であってどのようなものを適用してもよい。
【０１５６】
上記した実施形態例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態例の構成の一部を他の実施形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態例の構成に他の実施形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【０１５７】
１  マイクロ波加熱装置
１０  ９１５ＭＨｚマグネトロン
１５  ９１５ＭＨｚマイクロ波源
２０  ９１５ＭＨｚ導波管
２０ａ  開口部
２１  金属反射板（短絡板）
３０  金属加熱箱（加熱箱）
４０  ２４５０ＭＨｚマグネトロン
４５  ２４５０ＭＨｚマイクロ波源
５０  ２４５０ＭＨｚ導波管
５０ａ  ２４５０ＭＨｚマイクロ波照射口
５７  アンテナリード
５８  マグネトロンアンテナ
５９  同軸管外導体
６０  マグネトロン電源（高圧電源）
７０  制御装置（制御部）
８０  筺体
【要約】
【課題】９１５ＭＨｚと２４５０ＭＨｚの両方のマイクロ波を加熱箱に照射できるマイクロ波加熱装置を提供する。
【解決手段】マイクロ波加熱装置１は、９１５ＭＨｚマイクロ波を発生する９１５ＭＨｚマグネトロン１０と、９１５ＭＨｚマグネトロン１０で発生したマイクロ波電力を伝送する９１５ＭＨｚ導波管２０と、２４５０ＭＨｚマイクロ波を発生する２４５０ＭＨｚマグネトロン４０と、２４５０ＭＨｚマグネトロン４０で発生した２４５０ＭＨｚマイクロ波電力を伝送する２４５０ＭＨｚ導波管５０と、９１５ＭＨｚマグネトロン１０及び２４５０ＭＨｚマグネトロン４０を駆動する高圧電源６０と、９１５ＭＨｚマグネトロン１０及び２４５０ＭＨｚマグネトロン４０の照射タイミング、加熱時間、又は出力電力を制御する制御装置７０と、を備える。
【選択図】図１【図１】
0005560366.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005560366.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005560366.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
0005560366.tif 000026
【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図１４】
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【図１６】
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