(57)【要約】【課題】半導体素子による電磁波発生装置を用いた電磁波加熱装置において、電磁波の干渉に起因した加熱方法の制約を減らす。電磁波加熱装置は、加熱室と、加熱室の第１壁面に配備され、加熱室内の被加熱物を加熱するための電磁波を放射する第１の平面アンテナと、加熱室の第１壁面とは異なる第２壁面に配備され、加熱室内の被加熱物を加熱するための電磁波を放射する第２の平面アンテナと、半導体素子により形成され、電磁波を出力する発振器と、発振器からの出力を第１、第２の平面アンテナの何れかに供給する切替器と、電磁波発生装置と切替器を制御する制御部を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱室と、
加熱室の第１壁面に配備され、加熱室内の被加熱物を加熱するための電磁波を放射する第１の平面アンテナと、
加熱室の第１壁面とは異なる第２壁面に配備され、加熱室内の被加熱物を加熱するための電磁波を放射する第２の平面アンテナと、
半導体素子により形成され、電磁波を出力する電磁波発生装置と、
電磁波発生装置からの出力を第１、第２の平面アンテナの何れかに供給する切替器と、
電磁波発生装置と切替器を制御する制御部を備えた電磁波加熱装置。
【請求項２】
前記切替器は、
電磁波発生装置から出力された電磁波が入力される入力部と、
入力部から入力された電磁波を出力する複数の出力部と、
出力部のそれぞれに対応して設けられた、電磁波を伝送する複数の伝送部を備え、
入力部は、入力端子と、入力端子を接地する接地ラインを有し、
前記接地ラインは、電気長が異なる複数の分岐ラインに分岐し、各分岐ラインがそれぞれ接地された、請求項１記載の電磁波加熱装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の平面アンテナは、
前記切替器の出力部からの給電を受ける給電点と、
アレイ状に配置された複数のアンテナを備え、
前記複数のアンテナのそれぞれは、受電端を中心に、受電端と開放端の距離が電磁波の４分の１波長となるよう渦巻き状に形成され、
前記複数のアンテナの受電端と前記給電点の距離がそれぞれ等しくなるように配備された、請求項１又は２に記載の電磁波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子レンジ等の電磁波加熱装置に関する。特に、マイクロ波等の電磁波を放射する複数のアレーアンテナを用いて食品を加熱するものであり、電磁波を給電すべきアレーアンテナを高速で切り替える高周波切替器を用いた電磁波加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マグネトロンに代わり、半導体素子によるマイクロ波発生装置を用いた電子レンジが検討されている。例えば特許文献１では、加熱室の上下左右の壁面にマイクロ波を放射する放射アンテナを配備したマイクロ波加熱装置が開示されている。このマイクロ波加熱装置は２つの発振器を有し、第１の発振器から出力されたマイクロ波は第１の分配器で２分配されて上面と下面のアンテナに給電され、第２の発振器から出力されたマイクロ波は第２の分配器で２分配されて左面と右面のアンテナに給電される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０３２３４５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のマイクロ波加熱装置では、例えば上面のアンテナからの反射波が分配器へ逆流して下面のアンテナへ伝播して干渉が生じる場合がある。従い、上面アンテナと下面アンテナから放射するマイクロ波のパターンは干渉が起きない条件のものに制約される。本来、半導体素子を用いたマイクロ波加熱装置は、マイクロ波の大きさ、位相、タイミングを自由に変更して効率的な加熱調理ができるという長所を有するが、特許文献１のマイクロ波加熱装置では、上記制約により半導体素子を用いることの長所を活かすことができていない。【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電磁波加熱装置は、加熱室と、加熱室の第１壁面に配備され、加熱室内の被加熱物を加熱するための電磁波を放射する第１の平面アンテナと、加熱室の第１壁面とは異なる第２壁面に配備され、加熱室内の被加熱物を加熱するための電磁波を放射する第２の平面アンテナと、半導体素子により形成され、電磁波を出力する電磁波発生装置と、電磁波発生装置からの出力を第１、第２の平面アンテナの何れかに供給する切替器と、電磁波発生装置と切替器を制御する制御部を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、半導体素子を用いた電磁波発生装置から電磁波が供給される複数の平面アンテナを加熱室の上下左右の壁面等に配置した電磁波加熱装置において、切替器を用いて電磁波を供給する平面アンテナを切り替える構成としたので、単純に分配器を用いて複数の平面アンテナに電磁波を供給する場合と比較して、電磁波の干渉に起因する被加熱物の加熱方法に関する制約を減らすことができ、半導体素子による電磁波発生装置の利点を活かすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る電子レンジの概略構成図である。
【図２】実施形態に係る電子レンジの平面アンテナの概略構成図である。
【図３】実施形態に係る平面アンテナの斜視図である。
【図４】実施形態に係る平面アンテナの正面図である。（ａ）は表面側基板の構成、（ｂ）は裏面側基板の構成である。
【図５】実施形態に係る切替器の概略構成図である。
【図６】実施形態に係る電子レンジにおける制御のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００１０】
図１を参照して、本発明に係る電磁波加熱装置の一例である電子レンジ１０は、被加熱物を収容する加熱室２と、加熱室の上下左右の壁面に配置される平面アンテナ１Ａ〜１Ｄと、マイクロ波を生成する発振器３と、発振器３から入力されたマイクロ波の供給先を切り替える切替器４と、発振器３及び切替器４を制御する制御装置５と、切替器４と各平面アンテナ１を接続する同軸線路６を備える。
【００１１】
尚、各平面アンテナ１Ａ〜１Ｄは、セラミックス等の耐熱性のある絶縁体を介して金属製の壁面にそれぞれ配備される。また、被加熱物を置くための載置台もセラミックス等の耐熱性のある絶縁体で形成され、下の壁面側に配備される平面アンテナ１Ｂの上側に配備される。
【００１２】
図２を参照して、各平面アンテナ１は、１６個の小型アンテナ１１Ａ〜１１Ｐが、４列×４行のアレイ状に配置される。それぞれの小型アンテナ１１は、切替器４からの距離が等しくなるように配置される。
【００１３】
図３、図４を参照して、平面アンテナ１は、前面側の第１基板１２と背面側の第２基板１３からなる。
【００１４】
第１基板１２はセラミック等の絶縁性の基板からなり、その表面には渦巻き状の金属パターンが１６個形成されている。金属パターンのそれぞれは１つの小アンテナ１１を形成する。
【００１５】
背面側の第２基板１３には、切替器４からのマイクロ波を受ける給電点１４が下辺に形成される。そして給電点１４からそれぞれの小アンテナ１１にマイクロ波を伝送するための金属パターンが表面に形成される。
【００１６】
各小アンテナ１１は、マイクロ波が入力される受電端１１ａを中心に渦巻き状に形成され、受電端１１ａから開放端１１ｂの距離がマイクロ波のおおよそ４分の１波長となるように形成される。また、第１基板１２には、各小アンテナ１１の受電端１１ａの位置において貫通孔が形成されている。この貫通孔にはビアが充填され、このビアを介して第１基板１２の金属パターンと第２基板１３の金属パターンが接続される。
【００１７】
給電点１４から１６個のアンテナ１１の受電端１１ａまでの距離は等しくなるよう配置される。従って、原理的には１６個のアンテナには同位相のマイクロ波が供給されるので、発振器３からの出力パターンに応じて１６個のアンテナが同時にＯＮ又はＯＦＦとなる。
【００１８】
図５を参照して、切替器４は、入力端子４１（入力部）、複数の出力端子４２（出力部）、及び複数の分岐伝送ライン４５（伝送部）を備える。入力端子４１には、発振器３から出力されたマイクロ波が入力される。各出力端子４２から出力されるマイクロ波は、各平面アンテナ１の給電点１４に接続される。分岐伝送ライン４５は、出力端子４２に対応して設けられる。入力端子４１は、入力側接地ライン４３を介して、接地されている。
【００１９】
各分岐伝送ライン４５は、マイクロ波を通過させるオン状態と、通過させないオフ状態を切り替えるための切替手段４６を備える。各切替手段４６は、ＰＩＮダイオード等で構成される伝送側ダイオード６３と接地側ダイオード６５を備える。各分岐伝送ライン４５には、入力端子４１側から順に、コンデンサー５１とコンデンサー５２が設けられる。
【００２０】
伝送側ダイオード６３は、カソードが入力端子４１側、アノードが第１ストリップライン７１に接続される。伝送側ダイオード６３のアノード側（第１ストリップライン７１）には、バイアスライン６４が設けられ、このバイアスライン６４の他端は信号入力部８１に接続される。第１ストリップライン７１の出力端子４２側にはコンデンサー５１が接続される。コンデンサー５１の出力端子４２側には、第２ストリップライン７２が接続される。
【００２１】
接地側ダイオード６５は、カソードが接地され、アノードが第２ストリップライン７２に接続される。接地側ダイオード６５のアノード側（第２ストリップライン７２）にはバイアスライン６６が設けられ、このバイアスライン６６の他端は信号入力部８２に接続される。
【００２２】
伝送側のバイアスライン６４には、インダクター６７が設けられ、インダクター６７の両端はコンデンサー６８，６９を介して接地される。接地側のバイアスライン６６には、インダクター７７が設けられ、インダクター７７の両端はコンデンサー７８，７９を介して接地される。
【００２３】
入力側接地ライン４３は、複数の分岐接地ラインに分岐する。取り除く分岐接地ラインが４８を選択することにより、発振器３までの電気長を調整できる。従って、製造時の組み立て誤差や部品のバラツキに起因する、回路インピーダンス誤差に対する調整を製造の最終段階においても行うことができる。
【００２４】
マイクロ波を出力させる出力端子４２に対応する分岐伝送ライン４５ａに対しては、その伝送側バイアスライン６４の信号入力部８１にプラスのバイアス電圧を印加する一方、その接地側バイアスライン６６の信号入力部８２にはマイナスのバイアス電圧を出力する。これにより、出力側伝送ライン４５ａでは、順バイアスが印加された伝送側ダイオード６３が導通し、逆バイアスが印加された接地側ダイオード６５が遮断される。
【００２５】
マイクロ波を出力させない出力端子４２に対応する分岐伝送ライン４５ｂに対しては、その伝送側バイアスライン６４の信号入力部８１にマイナスのバイアス電圧を印加する一方、その接地側バイアスライン６６の信号入力部８２にはプラスのバイアス電圧を出力する。これにより、非出力側伝送ライン４５ｂでは、逆バイアスが印加された伝送側ダイオード６３が遮断され、順バイアスが印加された接地側ダイオード６５が導通する。
【００２６】
これらの結果、入力端子４１から見て、出力側伝送ライン４５ａが導通し、非出力側伝送ライン４５ｂが遮断された状態になるので、入力端子４１に入力されたマイクロ波は、出力側伝送ライン４５ａを介して出力端子４２から出力される。
【００２７】
このように、上記の切替器４では、非出力側伝送ライン４５ｂにおいて接地側ダイオード６５を導通させて、非出力側伝送ライン４５ｂにおける寄生容量から出力端子４２側のインピーダンスを増大させるので、非出力側伝送ライン４５ｂの出力端子４２から出力されるマイクロ波が低減される。従って、マイクロ波が出力される出力端子４２の切り替えを高速で行うためにダイオードを使用しても、出力側伝送ライン４５ａの出力端子４５に多くの高周波エネルギーを伝送できる。
【００２８】
また、切替器４では、伝送側ダイオード６３から接地点までの距離を最適化して、非出力側伝送ライン４５ｂが出力側伝送ライン４５ａに影響を与えないようにしている。入力端子４１から見たインピーダンスは、出力側伝送ライン４５ａのインピーダンスだけになる。インピーダンス整合は取りやすくなる。従って、マイクロ波を出力させる出力端子４２にさらに多くのマイクロ波エネルギーを供給でき、マイクロ波が出力される出力端子４２の切り替えをさらに低ロスで行うことができる。
【００２９】
また、切替器４では、伝送側バイアスライン６４及び接地側バイアスライン６６の通電面積を分岐伝送ライン４５に比べて小さくして、入力端子４１から見た各バイアスライン６４，６６のマイクロ波インピーダンスが高い状態になるようにしている。従って、各バイアスライン６４，６６が分岐伝送ライン４５におけるマイクロ波の伝送に与える影響が小さくなり、マイクロ波が出力される出力端子４２の切り替えをさらに低損失で行うことができる。
【００３０】
また、切替器４では、電気長が互いに異なる複数の分岐接地ラインを入力側接地ラインに設けて、切替器４の完成後に入力側接地ラインの電気長を調節できるようにしている。そのため、切替器４の組み立て及び使用部品のバラツキにより生じる回路インピーダンスのバラツキに対して、切替器４の個々に対してインピーダンスを調節することができる。従って、発振器３及び平面アンテナ１と接続した切替器４の使用状態において、インピーダンス整合を最良の状態にすることができる。
【００３１】
図６は、平面アンテナ１Ａ〜１Ｄから放射されるマイクロ波のパターンを示すタイムチャートである。本実施形態の電子レンジ１０によれば、このように各平面アンテナ１からの放射パターンを自由に設定できる。これに対し、特許文献１に示した電子レンジでは、１つの発振器から単純に２つのアンテナへマイクロ波を分岐する構成であるので、例えば下面のアンテナ１Ａと上面のアンテナ１Ｄは、同じタイミングでしかマイクロ波を放射することができない。半導体素子によるマイクロ波発生装置の本来の長所は、マイクロ波の発振パターン（タイミングや振幅）を自由に制御できる点にあるが、特許文献１の発明では、係る理由により、マイクロ波の発振パターンに制約が生じ、半導体素子によるマイクロ波発生装置の利点を活かしきることができない。これに対し、上記実施形態の電子レンジ１０によれば、高速でマイクロ波をスイッチング可能な切替器４を用いるので、駆動させるアンテナを１つずつ選択できる。
【００３２】
更に、上記の電子レンジ１０では、各平面アンテナ１をアレイアンテナ（１６個の小型アンテナ１１）により形成している。従って、部品の公差やバラツキ等によりアンテナの動作周波数に誤差が生じたとしても、アンテナの数が多いので誤差が平均化され、その結果としてマイクロ波を安定的に加熱室の被加熱物に供給することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上説明したように、本発明は、電子レンジ等の電磁波加熱装置について有用である。
【符号の説明】
【００３４】
１    平面アンテナ
２    加熱室
３    発振器
４    切替器
５    制御装置
６    同軸線路
１１  小型アンテナ
１２  第１基板
１３  第２基板
１４  給電点
【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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【国際調査報告】
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