(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径が電磁波の半波長の奇数倍である円形の拡大部と、軸幅が前記電磁波の波長の１／４を超えない大きさで、かつ軸長が前記電磁波の半波長の整数倍である軸部とからなる高周波加熱装置用放射アンテナ。
【請求項２】
直径が電磁波の１波長の整数倍である円形の拡大部と、軸幅が前記電磁波の波長の１／４を超えない大きさで、かつ軸長が前記電磁波の半波長の整数倍である軸部とからなる高周波加熱装置用放射アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波により被加熱物を誘電加熱するときの加熱分布を制御できる放射アンテナを備えた高周波加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の高周波加熱装置について説明する。従来、この種の高周波加熱装置は特開平８−１３８８５７号公報に開示されているようなものが一般的であった。この高周波加熱装置は、図７に示されているように、ターンテーブル１を備え、電磁波発生手段としてのマグネトロン２から出た電磁波が、導波管３により伝送され、加熱室４の形状と電磁波が放射される開口部５の位置とで決まる定在波となって加熱室４内に分布し、被加熱物６の各部位における電磁波の電界成分と各部位の誘電損失とに応じて加熱する。この従来例では、被加熱物６の加熱分布は概ね電磁波の定在波分布によって決まるため、加熱分布のむらを抑えるためのターンテーブル１を回転駆動して、同心円上の加熱分布の均一化を図っていた。
【０００３】
また、特開平７−１９８１４７号公報に開示されているように、複数の開口部５を切り替える方法があった。この高周波加熱装置は、図８および図９に示されているように、加熱室４の底面外部に２０個の導波管３をマトリックス状に配置し、それぞれの導波管３への給電を選択的に制御するものであった。このとき、どの導波管３へ給電するかは、加熱室４内の局部的な温度を検出する温度検出手段７により制御するもので、各々の開口部５の鉛直上方向に２０個のミラー８を備え、５組の凹面ミラー９を介して５組の温度検出手段７に赤外線を導いて局所的な温度を検出していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示したような従来の高周波加熱装置では、導波管３と加熱室４とを接続して電磁波を加熱室４内に導入する場合、被加熱物６の材質や形状ごとに加熱分布を均一にする適切な開口部５の位置が異なるので、１つの開口部５のみではすべての被加熱物６について、均一に加熱できないと言う課題を有していた。たとえば、従来の電子レンジで平面的な被加熱物６を加熱すると、被加熱物６の縁から加熱が進行し、中心は昇温しないと言う加熱むらが起こることが一般に知られている。このとき、図７に示した構成では、ターンテーブル１の回転により同心円上では加熱分布の均一化を図れるが、半径方向や上下方向の加熱分布を改善することはできない。
【０００５】
一方、図８および図９に示したような従来の高周波加熱装置では、定在波による加熱よりも放射波による加熱に重点をおき、被加熱物６の近傍下方からの電磁波の放射位置を制御する方法であり、放射位置により被加熱物６の任意の位置を局所的に加熱することができるが、多くの導波管３を設置する必要があり、また、所望の仕上がり状態にするためには、それぞれの導波管３への給電を切り替える必要があるので、構成が複雑になると言う課題を有していた。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するもので、構成が簡単で、所望の調理状態に仕上げることができる高周波加熱装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係わる本発明は、拡大部の大きさを放射される電磁波の半波長の奇数倍とし、軸幅が前記電磁波の波長の１／４を超えない大きさで、かつ軸長が前記電磁波の半波長の整数倍である軸部とからなり、前記拡大部の中心における電界強度が最大となるように放射アンテナ上の電界強度分布を設定した高周波加熱装置用アンテナである。
【０００８】
この発明によれば、拡大部が電磁波の半波長の奇数倍の放射アンテナとして動作する最適状態に設定することができる。
【０００９】
請求項２に係わる本発明は、拡大部の大きさを放射される電磁波の１波長の整数倍とし、軸幅が前記電磁波の波長の１／４を超えない大きさで、かつ軸長が前記電磁波の半波長の整数倍である軸部とからなる高周波加熱装置用放射アンテナとすることで、前記拡大部の中心における電界強度が最小となるように放射アンテナ上の電界強度分布を設定した高周波加熱装置用アンテナである。
【００１０】
この発明によれば、拡大部が電磁波の１波長の整数倍の放射アンテナとして動作する最適状態に設定することができる。
【００１１】
本発明は、放射アンテナの拡大部を除いた軸部の軸幅を放射される電磁波の波長の１／４を超えない大きさとした高周波加熱装置用アンテナである。
【００１２】
この発明によれば、軸部からの電磁波の放射を抑制して拡大部から電磁波を集中的に効率よく放射することができ、軸部からの放射による所望外の加熱を抑制することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
請求項１に係わる高周波加熱装置用アンテナは、拡大部の大きさを放射される電磁波の半波長の奇数倍とし、軸幅が前記電磁波の波長の１／４を超えない大きさで、かつ軸長が前記電磁波の半波長の整数倍である軸部とからなり、前記拡大部の中心における電界強度が最大となるように放射アンテナ上の電界強度分布を設定した高周波加熱装置用アンテナとする。
【００１４】
本発明において、拡大部の中心の電界強度が最大となるように設定し、前記拡大部が半波長の奇数倍のアンテナとして効率よく電磁波を放射するようにするが、実施例においては、円形の拡大部の直径を半波長として中心の電界強度が最大となるように設定し、拡大部を半波長アンテナとしている。
【００１５】
請求項２に係わる高周波加熱装置用アンテナは、拡大部の大きさを放射される電磁波の１波長の整数倍とし、軸幅が前記電磁波の波長の１／４を超えない大きさで、かつ軸長が前記電磁波の半波長の整数倍である軸部とからなり、前記拡大部の中心における電界強度が最小となるように放射アンテナ上の電界強度分布を設定した高周波加熱装置用アンテナとする。
【００１６】
本発明において、拡大部の中心の電界強度が最小となるように設定し、前記拡大部が１波長の整数倍のアンテナとして効率よく電磁波を放射するようにするが、実施例においては、円形の拡大部の直径を１波長として中心の電界強度が最小となるように設定し、拡大部を全波長アンテナとしている。
【００１７】
本発明において、軸部の軸幅を波長の１／４以下に設定し、前記軸部からの電磁波の放射を低減させるが、実施例においては、円形の拡大部の直径よりも細く、かつ１／４波長以下の幅の短冊状の導電体で構成している。
【００１８】
以下、実施例について説明する。
【００１９】
（実施例１）
以下、本発明の高周波加熱装置の第１の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は本実施例の構成を示す断面図である。なお、図７に示した従来例と同じ構成要素には同一番号を付与して詳細な説明を省略する。図において、マグネトロン２から放射した電磁波は導波管３、結合部１０、および放射アンテナ１１を経由して加熱室４内に侵入し、被加熱物６を加熱する。ここで、ステッピングモータ１２の回転軸１３は導波管３よりも下部に存在し、結合部１０と接続される。本実施例においては、従来例におけるターンテーブル１、皿、およびターンテーブル１を回転させるモータは存在せず、被加熱物６は被加熱物支持板１４に載置されているだけである。
【００２１】
上記構成においてその動作を説明する。図２は放射アンテナ１１の構成を示す平面図、図３は放射アンテナ１１の構成を示す側面図である。図において、結合部１０から侵入した電磁波は放射アンテナ１１の長手方向に強く伝送される。このとき、放射アンテナ１１の軸部１６が先端まで同じ幅であれば、電磁波は放射アンテナ１１のあらゆる場所から放射されるが、本実施例では、放射アンテナ１１の表面積を部分的に大きくした拡大部１５を設け、拡大部１５から集中的に電磁波を放射させる。図７に示した従来の構成では、ターンテーブル１を回転させることにより被加熱物６を均一に加熱しようとしていたが、本実施例の構成では、放射アンテナ１１の拡大部１５をステッピングモータ１２により被加熱物６の最も加熱したい部分に移動させることにより被加熱物６を局所的に加熱することができ、加熱位置を順次に変えることにより所望の状態に仕上げることができる。たとえば、被加熱物６の材質、形状、および大きさなどに対応してあらかじめ設定した移動パターンに従って放射アンテナ１１をステッピングモータ１２により移動させることが可能である。なお、本実施例の構成では、被加熱物６の任意の箇所の直下に拡大部１５を移動させることはできないが、複数のステッピングモータや歯車を使用することにより、被加熱物６の任意の箇所の直下に拡大部１５を移動させるようにすることもできる。
【００２２】
とくに、放射させる電磁波の波長をλとすると、放射アンテナ１１の拡大部１５の大きさＤをｎλ／２（ただし、ｎは１以上の整数）とすることにより、パッチアンテナのような働きをすることができる。前記パッチアンテナとは、基板に印刷して作られるマイクロストリップアンテナの一種であり、近年は需要が多く、最も信頼性の要する気象衛星レーダのアレイアンテナにも用いられている。
【００２３】
図２、および図３に示した構成では、放射アンテナ１１の拡大部１５の大きさＤを（２ｍ−１）λ／２（ただし、ｍは１以上の整数）とした場合であり、ｍ＝１のときには、いわゆる半波長アンテナとして動作する。図４は放射アンテナ１１上の電界強度分布を模式的に示す側面図である。図４に示したように、放射アンテナ１１の両端では電界強度がゼロとなるため、放射アンテナ１１の拡大部１５を含めない軸部１６の長さＡ〜Ｂをｋλ／２（ただし、ｋは１以上の整数）とする必要がある。図４では放射アンテナ１１の拡大部１５を含めない軸部１６の長さＡ〜Ｂは３λ／２である。また、放射アンテナ１１の拡大部１５を含めない結合部１０からの軸部１６の長さＡ〜Ｃは（２ｋ−１）λ／４（ただし、ｋは１以上の整数）とする必要がある。図４では放射アンテナ１１の拡大部１５を含めない軸部１６の長さＡ〜Ｃは５λ／４である。放射アンテナ１１の軸部１６の長さをこのように設定することにより、電磁波を効率よく軸部１６上を伝送することができる。また、放射アンテナ１１の拡大部１５の大きさＤは（２ｍ−１）λ／２（ただし、ｍは１以上の整数）であるので、拡大部１５の中心Ｅは電界強度が最大となるように拡大部１５を軸部１６に接続することにより、拡大部１５からの電磁波の放射量を増大させることができる。
【００２４】
また、放射アンテナ１１の軸部１６から電磁波の放射量を減少させるために、軸部１６の軸幅Ｆをλ／４以下にすることが効果的である。
【００２５】
なお、図２、図３、図４においては、拡大部１５が円形である場合を示したが、四角形などの多角形や楕円形、線状、または、それらを組み合せた形状としても同様の効果を得ることができる。
【００２６】
（実施例２）
以下、本発明の高周波加熱装置の第２の実施例について図面を参照しながら説明する。図５は本実施例における放射アンテナの構成を示す平面図である。なお、実施例１と同じ構成要素には同一番号を付与して詳細な説明を省略する。また、全体の構成は図１と同じである。本実施例が実施例１と異なる点は、拡大部１５の大きさを、半波長の整数倍でなく、１波長の整数倍としたことにある。本実施例における放射アンテナの作用は実施例１と同じであるが、図５に示した本実施例では、放射アンテナ１１の拡大部１５の大きさＤがｍλ（ただし、ｍは１以上の整数）、すなわち波長の整数倍としており、ｍ＝１のときには、いわゆる全波長アンテナとして動作する。
【００２７】
図６は放射アンテナ１１上の電界強度分布を模式的に示す側面図である。図６に示したように、放射アンテナ１１の拡大部１５の大きさＤはｍλ（ただし、ｍは１以上の整数）であるので、拡大部１５の中心Ｅでは電界強度が最小となるように拡大部１５を軸部１６に接続することにより、拡大部１５からの電磁波の放射量を増大させることができる。
【００２８】
なお、図５および図６においては、拡大部１５が円形の放射アンテナの例を示したが、四角形などの多角形や楕円形、線状、または、それらを組み合せた形状としても同様の効果を得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１に係わる本発明は、拡大部の大きさを放射される電磁波の半波長の奇数倍とし軸幅が前記電磁波の波長の１／４を超えない大きさで、かつ軸長が前記電磁波の半波長の整数倍である軸部とからなる高周波加熱装置用放射アンテナとすることで、前記拡大部の中心における電界強度が最大となるように放射アンテナ上の電界強度分布を設定できる。
【００３０】
請求項２に係わる本発明は、拡大部の大きさを放射される電磁波の１波長の整数倍とし、軸幅が前記電磁波の波長の１／４を超えない大きさで、かつ軸長が前記電磁波の半波長の整数倍である軸部とからなる高周波加熱装置用放射アンテナとすることで、前記拡大部の中心における電界強度が最小となるように放射アンテナ上の電界強度分布を設定できる。
【００３１】
この発明によれば、軸部からの電磁波の放射を抑制でき、拡大部から電磁波を効率よく放射することができるとともに、軸部からの放射による所望外の加熱を抑制して、被加熱物を所望の仕上がり状態にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波加熱装置の実施例１の構成を示す断面図
【図２】同実施例における放射アンテナの構成を示す平面図
【図３】同実施例における放射アンテナの構成を示す側面図
【図４】同実施例における放射アンテナ上の電界強度分布を模式的に示す側面図
【図５】本発明の高周波加熱装置の実施例２における放射アンテナの構成を示す平面図
【図６】同実施例における放射アンテナ上の電界強度分布を模式的に示す側面図
【図７】従来の高周波加熱装置の構成を示す断面図
【図８】従来の高周波加熱装置の他の構成を示す斜視図
【図９】同従来例の構成を示す断面図
【符号の説明】
１  ターンテーブル
２  マグネトロン
３  導波管
４  加熱室
５  開口部
６  被加熱物
７  温度検出手段
８  ミラー
９  凹面ミラー
１０  結合部
１１  放射アンテナ
１２  ステッピングモータ
１３  回転軸
１４  被加熱物支持板
１５  拡大部
１６  軸部
Ｅ  中心
Ｆ  軸幅
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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