(57)【要約】  マイクロ波加熱装置においては、導波部（１０３）における伝送方向（Ｘ）に平行な中心軸（Ｐ）の垂直線上に加熱室（１０１）内の加熱空間の中心点（Ｏ）が含まれないように導波部が配置されており、各マイクロ波放射部（１０４）から放射されるマイクロ波の合成波が、加熱空間の中心側へ多くのマイクロ波を放射する指向性を有するよう構成して、加熱室内の被加熱物を均一にマイクロ波加熱することが可能となる。
2013005420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を収納する加熱室と、
マイクロ波を発生するマイクロ波発生部と、
マイクロ波を伝送する導波部と、
前記加熱室内に円偏波を放射する複数のマイクロ波放射部と、を備え、
前記導波部は、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸の垂直線上に前記加熱室内の加熱空間の中心点が含まれないように配置されており、
各前記マイクロ波放射部から放射されるマイクロ波の合成波が、前記加熱空間の中心側へ多くのマイクロ波を放射する指向性を有するよう構成されたマイクロ波加熱装置。
【請求項２】
前記複数のマイクロ波放射部は、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸に対して非軸対称となるよう配置された請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項３】
前記複数のマイクロ波放射部における少なくとも１つマイクロ波放射部は、他のマイクロ波放射部に比べて特定の方向に多くのマイクロ波を放射するよう構成された請求項１または２に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項４】
前記導波部における前記加熱室に対する対向面において、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸を境界として、当該境界の両側のそれぞれの領域に設けられたマイクロ波放射部は、前記中心軸から前記マイクロ波放射部の中心までの距離が異なるよう構成された請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項５】
前記導波部における前記加熱室に対する対向面において、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸を境界として、当該境界の両側に設けられた複数のマイクロ波放射部は、前記加熱空間の中心点に近い側の前記マイクロ波放射部の数が、遠い側のマイクロ波放射部の数より多く設けられた請求項１乃至４のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項６】
前記導波部における前記加熱室に対する対向面において、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸を境界として、当該境界の両側に設けられた複数のマイクロ波放射部における前記加熱空間の中心点に近い側の前記マイクロ波放射部は、前記導波部内に生じた定在波の腹の位置に形成された請求項１乃至５のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項７】
少なくとも１つのマイクロ波放射部が２本以上のスリットの組み合わせにより構成されており、当該マイクロ波放射部における少なくとも１本のスリットの長手方向が前記導波部における伝送方向に対して傾いており、全てのマイクロ波放射部から放射されるマイクロ波の合成波が特定の方向に多くのマイクロ波を放射する指向性を有するよう構成された請求項１乃至６のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項８】
スリットにより構成された前記マイクロ波放射部のスリットの長手方向の長さが、前記導波部における伝送および電界方向に対して直交する方向における位置によって異なるよう構成された請求項７に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項９】
スリットにより構成された前記マイクロ波放射部のスリットの幅方向の長さが、前記導波部における伝送および電界方向に対して直交する方向の位置によって異なるよう構成された請求項７に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１０】
スリットにより構成された前記マイクロ波放射部のスリットの交差部分には、Ｒ面取り加工またはＣ面取り加工を施した請求項７に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１１】
スリットにより構成された前記マイクロ波放射部のスリット末端部分には、Ｒ面取り加工またはＣ面取り加工が施された請求項７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、電子レンジ等のマイクロ波加熱装置に関し、特に、加熱室の内部にマイクロ波を放射するための構造に特徴を有するマイクロ波加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波により被加熱物を加熱処理するマイクロ波加熱装置の代表的な装置としては、電子レンジがある。電子レンジにおいては、マイクロ波発生手段において発生したマイクロ波が金属製の加熱室の内部に放射され、加熱室内部の被加熱物が放射されたマイクロ波により加熱処理される。【０００３】
従来の電子レンジにおけるマイクロ波発生手段としては、マグネトロンが用いられている。マグネトロンにより生成されたマイクロ波は、導波管を介してマイクロ波放射部から加熱室内部に放射される。加熱室内部におけるマイクロ波の電磁界分布（マイクロ波分布）が不均一であると、被加熱物を均一にマイクロ波加熱することができないという問題を有する。【０００４】
加熱室内部の被加熱物を均一に加熱する手段としては、被加熱物を載置するテーブルを回転させて被加熱物を加熱室内部において回転させる構造、被加熱物を固定してマイクロ波を放射するアンテナを回転させる構造、または位相器を用いてマイクロ波発生手段からのマイクロ波の位相を変化させる構造が有る。このような構造を備えたマイクロ波加熱装置が一般的に用いられている。【０００５】
例えば、従来のマイクロ波加熱装置では、導波管内部に回転可能なアンテナ、アンテナシャフトなどが配置されており、モータによって当該アンテナを回転させながらマグネトロンを駆動することにより、加熱室内のマイクロ波分布の不均一さを低減する構造を有するものがあった。【０００６】
また、日本の特開昭６２−６４０９３号公報（特許文献１）には別の構成のマイクロ波加熱装置が記載されている。この特許文献１には、マグネトロンの上部に回転可能なアンテナを設け、当該アンテナの羽根に送風ファンからの風をあてることにより、当該送風ファンの風力でアンテナが回転して、加熱室内のマイクロ波分布を変化させるマイクロ波加熱装置が提案されている。【０００７】
位相器を有する例としては、マイクロ波加熱による被加熱物の加熱ムラの低減を図ると共に、コスト削減および給電部の省スペース化を図ったマイクロ波加熱装置が米国特許第４３０１３４７号明細書（特許文献２）に記載されている。この特許文献２には、加熱室内部に円偏波を放射する単一のマイクロ波放射部を有するマイクロ波加熱装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−６４０９３号公報
【特許文献２】米国特許第４３０１３４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述の従来の構成を有するマイクロ波加熱装置においては、出来るだけ簡易的な構造を有し、被加熱物を効率良く、ムラ無く加熱することが求められている。しかし、これまで提案されていた従来の構成においては、満足出来るものではなく、構造上、効率化および均一化などの点で種々の問題を有していた。【００１０】
また、マイクロ波加熱装置、特に、電子レンジにおいては、高出力化の技術開発が進み、国内では定格高周波出力１０００Ｗの製品が商品化されている。電子レンジは、熱伝導によって食品を加熱するのではなく、誘電加熱を用いて直接食品を加熱できる利便性がこの商品の大きな特徴である。しかし、電子レンジにおいて、不均一加熱が未解決な状態においての高出力化は不均一加熱をより顕在化させるという大きな問題を抱えている。【００１１】
従来のマイクロ波加熱装置が抱える構造上の課題としては、下記の３点が挙げられる。
１点目は、不均一加熱を低減するためにテーブルまたはアンテナを回転させるための駆動機構を必要としており、このため回転スペース、およびテーブルまたはアンテナを回転させるモータなどの駆動源の設置スペースを確保しなければならず、電子レンジの小型化を阻害している点である。【００１２】
２点目は、テーブルまたはアンテナを安定的に回転させるために、当該アンテナを加熱室の上部又は下部に設ける必要があり、構造上において特定の部品の配置が制限されている点である。【００１３】
３点目は、水蒸気加熱や熱風加熱などの種々の加熱機能を有する電子レンジの登場により、電子レンジの筐体内部に多くの構成部品が必要となること、および筐体内部の制御部品などから発熱量が多いため、十分な冷却性能を実現するために冷却風路を確保する必要があり、導波管およびマイクロ波放射部の設置位置が制限され、加熱室内のマイクロ波分布が不均一になる点である。【００１４】
また、マイクロ波加熱装置における加熱室に通じる、マイクロ波が照射される空間（アプリケータ）内には、テーブルまたはアンテナの回転機構や、位相器などの各種機構が設置されており、このような機構の設置は、装置の信頼性を低下させるおそれがあるという課題を有していた。したがって、これら機構の設置を不要とするマイクロ波加熱装置が求められている。【００１５】
さらに、マイクロ波加熱による被加熱物の不均一加熱（加熱ムラ）の低減を図ると共に、製造コストの低減および給電部の省スペース化を図った特許文献２に記載されたマイクロ波加熱装置においても次のような問題を有する。特許文献２に開示された、円偏波を加熱室内部に放射する単一のマイクロ波放射部を有するマイクロ波加熱装置は、回転機構を有していないという利点を有するが、マイクロ波加熱により十分な均一加熱が実現できないという課題を有している。【００１６】
本発明は、前記の従来の技術における課題を解決するものであり、回転機構を用いることなく、被加熱物を均一にマイクロ波加熱することが可能となるマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る一態様のマイクロ波加熱装置は、
被加熱物を収納する加熱室と、
マイクロ波を発生するマイクロ波発生部と、
マイクロ波を伝送する導波部と、
前記加熱室内に円偏波を放射する複数のマイクロ波放射部と、を備え、
前記導波部は、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸の垂直線上に前記加熱室内の加熱空間の中心点が含まれないように配置されており、
各前記マイクロ波放射部から放射されるマイクロ波の合成波が、前記加熱空間の中心側へ多くのマイクロ波を放射する指向性を有するよう構成されている。
このように構成された本発明に係る一態様のマイクロ波加熱装置は、回転機構を用いることなく、被加熱物を均一にマイクロ波加熱することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、回転機構を用いることなく、加熱室内に配置された被加熱物に対して均一にマイクロ波加熱を行うことが可能なマイクロ波加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置である電子レンジを示す横断面図である。
【図２】本発明に係る実施の形態１の電子レンジにおけるマイクロ波放射部の構成を示す平面図である。
【図３】本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部と定在波との関係を説明する図である。
【図４】本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部の定在波、電界分布、磁界分布、電流分布などの関係を説明する図である。
【図５】本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置における導波部内に生じる定在波の位相と指向性との関係を説明する図である。
【図６】本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部の具体的な開口形状を示す説明図である。
【図７】本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置における加熱室に対する導波部に設けたマイクロ波放射部の配置構成例を示す平面図である。
【図８】本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置における円偏波を発生するマイクロ波放射部の他の構成を示す平面図
【図９】本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部の構成の変更例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る第１の態様のマイクロ波加熱装置は、
被加熱物を収納する加熱室と、
マイクロ波を発生するマイクロ波発生部と、
マイクロ波を伝送する導波部と、
前記加熱室内に円偏波を放射する複数のマイクロ波放射部と、を備え、
前記導波部は、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸の垂直線上に前記加熱室内の加熱空間の中心点が含まれないように配置されており、
各前記マイクロ波放射部から放射されるマイクロ波の合成波が、前記加熱空間の中心側へ多くのマイクロ波を放射する指向性を有するよう構成されている。
【００２１】
上記のように構成された本発明に係る第１の態様のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波放射部の数、形状、配置などを調整することが可能となり、加熱室内のマイクロ波分布を変化させる制御因子が多くなり、加熱空間における目標とするマイクロ波分布を実現し易い構成となる。したがって、本発明に係る第１の態様のマイクロ波加熱装置は、回転機構を用いることなく、被加熱物に対して均一にマイクロ波加熱させることが可能となる。
【００２２】
また、本発明に係る第１の態様のマイクロ波加熱装置は、円偏波を放射するマイクロ波放射部を有しているため、マイクロ波放射部から拡がりを有するマイクロ波が放射され、被加熱物に対してマイクロ波の放射をより広い範囲で均一化することが可能となる。特に、円偏波の周方向に対しての均一加熱が期待できる。
【００２３】
本発明に係る第２の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第１の態様における前記複数のマイクロ波放射部が、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸に対して非軸対称となるよう配置されている。このように構成された本発明に係る第２の態様のマイクロ波加熱装置は、加熱室内のマイクロ波分布を変化させることが可能となり、加熱空間におけるマイクロ波分布を所望の状態とすることが可能となる。
【００２４】
本発明に係る第３の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第１または第２の態様における前記複数のマイクロ波放射部における少なくとも１つマイクロ波放射部が、他のマイクロ波放射部に比べて特定の方向に多くのマイクロ波を放射するよう構成されている。このように構成された本発明に係る第３の態様のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波放射部が指向性を有する構成となり、加熱室内のマイクロ波分布を変化させることが可能となり、回転機構を用いることなく、被加熱物に対して均一にマイクロ波加熱させることが可能となる。
【００２５】
本発明に係る第４の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第１乃至第３の態様のいずれかの態様では、前記導波部における前記加熱室に対する対向面において、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸を境界として、当該境界の両側のそれぞれの領域に設けられたマイクロ波放射部が、前記中心軸から前記マイクロ波放射部の中心までの距離が異なるよう構成されている。このように構成された本発明に係る第４の態様のマイクロ波加熱装置は、複数のマイクロ波放射部により指向性を有する構成となり、加熱室内のマイクロ波分布を変化させることが可能となる。
【００２６】
本発明に係る第５の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第１乃至第４の態様のいずれかの態様では、前記導波部における前記加熱室に対する対向面において、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸を境界として、当該境界の両側に設けられた複数のマイクロ波放射部が、前記加熱空間の中心点に近い側の前記マイクロ波放射部の数が、遠い側のマイクロ波放射部の数より多く設けられている。このように構成された本発明に係る第５の態様のマイクロ波加熱装置は、複数のマイクロ波放射部により指向性を有する構成となり、加熱室内のマイクロ波分布を変化させることが可能となる。
【００２７】
本発明に係る第６の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第１乃至第５の態様のいずれかの態様では、前記導波部における前記加熱室に対する対向面において、前記導波部における伝送方向に平行な中心軸を境界として、当該境界の両側に設けられた複数のマイクロ波放射部における前記加熱空間の中心点に近い側の前記マイクロ波放射部が、前記導波部内に生じた定在波の腹の位置に形成されている。このように構成された本発明に係る第６の態様のマイクロ波加熱装置においては、加熱空間の中心点に近い側のマイクロ波放射部から導波部の幅方向に放射させることが可能となり、加熱室内のマイクロ波分布を変化させることが可能な構成となる。
【００２８】
本発明に係る第７の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第１乃至第６の態様のいずれかの態様において、少なくとも１つのマイクロ波放射部が２本以上のスリットの組み合わせにより構成されており、当該マイクロ波放射部における少なくとも１本のスリットの長手方向が前記導波部における伝送方向に対して傾いており、全てのマイクロ波放射部から放射されるマイクロ波の合成波が特定の方向に多くのマイクロ波を放射する指向性を有するよう構成されている。このように構成された本発明に係る第７の態様のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波放射部から拡がりを有する円偏波のマイクロ波が確実に放射され、被加熱物に対してマイクロ波の放射をより広い範囲で均一化することが可能となる。
【００２９】
また、本発明に係る第７の態様のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波放射部を２本以上のスリットにより形成して、確実に円偏波を放射する構成であるため、被加熱物の加熱ムラを低減するためのテーブルまたはアンテナを回転させる機構が不要となり、装置の信頼性の向上、および給電部の小型化が可能となる。
【００３０】
本発明に係る第８の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第７の態様において、スリットにより構成された前記マイクロ波放射部のスリットの長手方向の長さが、前記導波部における伝送および電界方向に対して直交する方向における位置によって異なるよう構成されている。このように構成された本発明に係る第８の態様のマイクロ波加熱装置は、複数のマイクロ波放射部により指向性を有する構成となり、加熱室内のマイクロ波分布を変化させることが可能となり、加熱空間におけるマイクロ波分布を所望の状態とすることが可能となる。
【００３１】
本発明に係る第９の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第７の態様において、スリットにより構成された前記マイクロ波放射部のスリットの幅方向の長さが、前記導波部における伝送および電界方向に対して直交する方向の位置によって異なるよう構成されている。このように構成された本発明に係る第９の態様のマイクロ波加熱装置は、複数のマイクロ波放射部により指向性を有する構成となり、加熱室内のマイクロ波分布を変化させることが可能となり、加熱空間におけるマイクロ波分布を所望の状態とすることが可能となる。
【００３２】
本発明に係る第１０の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第７の態様において、スリットにより構成された前記マイクロ波放射部のスリットの交差部分には、Ｒ面取り加工またはＣ面取り加工が施されている。このように構成された本発明に係る第１０の態様のマイクロ波加熱装置は、電界の集中を緩和し、エネルギ損失を抑制することができ、装置の信頼性を高めることができる。
【００３３】
本発明に係る第１１の態様のマイクロ波加熱装置は、前記の第７の態様において、スリットにより構成された前記マイクロ波放射部のスリット末端部分には、Ｒ面取り加工またはＣ面取り加工が施されている。このように構成された本発明に係る第１０の態様のマイクロ波加熱装置は、電界の集中を緩和し、エネルギ損失を抑制することができ、装置の信頼性を高めることができる。
【００３４】
以下、本発明に係るマイクロ波加熱装置の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態のマイクロ波加熱装置においては電子レンジについて説明するが、電子レンジは例示であり、本発明のマイクロ波加熱装置は電子レンジに限定されるものではなく、誘電加熱を利用した加熱装置、生ゴミ処理機、あるいは半導体製造装置などのマイクロ波加熱装置を含むものである。また、本発明には、以下に述べる各実施の形態において説明する任意の構成を適宜組み合わせることを含むものであり、組み合わされた構成においてはそれぞれの効果を奏するものである。さらに、本発明は、以下の実施の形態において説明する具体的な電子レンジの構成に限定されるものではなく、同様の技術的思想に基づく構成が本発明に含まれる。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置である電子レンジを示す横断面図である。図２は、本発明に係る実施の形態１の電子レンジにおけるマイクロ波放射部の平面図であり、加熱室１０１と導波部１０３とマイクロ波放射部１０４との位置関係を示している。
【００３６】
図１において、実施の形態１のマイクロ波加熱装置である電子レンジは、被加熱物１０７を収納する加熱室１０１と、マイクロ波を生成するマイクロ波発生部１０２と、マイクロ波発生部１０２から供給されるマイクロ波を加熱室１０１へ伝送するための導波部１０３と、導波部１０３における加熱室１０１に対向する管壁面に設けられ、加熱室１０１内に円偏波を放射するマイクロ波放射部１０４と、を有する。
【００３７】
なお、マイクロ波発生部１０２としてマグネトロン、導波部１０３として矩形導波管、およびマイクロ波放射部１０４として導波部１０３に設けた開口を用いることにより、実施の形態１の電子レンジにおける構成を容易に実現することができる。
【００３８】
図２に示すように、導波部１０３は、加熱室１０１内に円偏波を放射する複数のマイクロ波放射部１０４を有している。導波部１０３と加熱室１０１との位置関係は、加熱室１０１を上から見た状態において、導波部１０３における伝送方向（図２における右方向）に平行な中心軸Ｐが、導波部１０３を設置した加熱室１０１の内壁面（底面壁）の中心点Ｏを含まないよう、構成されている。ここでは、導波部１０３が対向する底面壁（加熱室１０１の壁面）の中心点Ｏの鉛直線上（垂直線上）に加熱室内部の加熱空間の中心点Ｏがあるものとする。なお、実施の形態１の説明においては、上記のように導波部１０３における伝送方向に平行な中心軸Ｐが導波部１０３を設置した加熱室１０１の内壁面の中心点Ｏを含まない位置関係となっている構成をオフセンタと呼ぶ。
【００３９】
以上のように構成された実施の形態１の電子レンジにおける動作、作用について以下説明する。
最初にマイクロ波加熱装置の概略動作について説明する。使用者により加熱室１０１内に被加熱物１０７が配置され、加熱開始指示の操作が行われると、当該マイクロ波加熱装置は、マイクロ波発生部１０２であるマグネトロンから導波部１０３内にマイクロ波が供給され、加熱室１０１と導波部１０３とを接続するマイクロ波放射部１０４を介して、加熱室１０１内にマイクロ波が放射される。このように加熱室１０１内にマイクロ波が放射されることにより、当該マイクロ波加熱装置は被加熱物１０７に対する加熱処理を行う。
【００４０】
次に、加熱室１０１の内壁面の形状による、加熱室１０１内のマイクロ波分布の不均一性について図１を参照して説明する。
加熱室１０１内の形状（加熱空間形状）は、非対称である場合が多く、加熱室１０１を構成する壁面には誘電率の異なる多数の部品が取付けられている。具体例としては、主に以下の３点が挙げられる。
【００４１】
１点目は、被加熱物１０７を取り出すためのドア１０８およびドアガラス１０９が取付けられていることである。２点目は、被加熱物１０７を輻射加熱するために上面または底面にヒータ１１０が取付けられていることである。３点目は、被加熱物１０７に対して対流加熱するために背面裏側にヒータ１１０および対流ファン１１１が取付けられているため、背面側壁面が複雑な形状になっていることである。
【００４２】
上記のように、加熱室１０１内の加熱空間形状が非対称であり、および／または加熱室１０１の壁面に誘電率の異なる部品が取付けられているため、加熱室１０１の内壁面でマイクロ波が反射して、その反射波により被加熱物１０７に対する加熱が不均一となる。なお、実施の形態１の説明においては、マイクロ波放射部１０４から放射されて被加熱物１０７を直接照射するマイクロ波を直接波と呼び、加熱室１０１内の壁面などに反射して被加熱物１０７を照射するマイクロ波を反射波とする。
【００４３】
次に、導波部１０３と加熱室１０１の位置関係による、加熱室１０１内のマイクロ波分布の不均一性について説明する。
近年、マイクロ波加熱機能だけではなく、他の加熱方式（水蒸気加熱、輻射加熱、熱風加熱など）を有するマイクロ波加熱装置が登場している。このため、他の加熱機能の性能を確保するため、導波部は加熱室に対してオフセンタとなる構成が多くなっている。
【００４４】
このため、導波部における管軸方向の中心軸（図２の中心軸Ｐ参照）を対称軸としてマイクロ波放射部を対称的に配置したとしても、加熱室内を均一なマイクロ波分布とすることは困難である。
【００４５】
以下、導波部が加熱室に対してオフセンタとなる構成の具体例として、図１に示す構成を参照して説明する。オフセンタとなる構成の例としては、主に以下の２点が挙げられる。１点目は、水蒸気加熱機能を有するマイクロ波加熱装置の場合であり、水蒸気加熱機能を実現するために、水タンク１１２、ポンプ１１３、ヒータ１１０、加熱室１０１内へ水蒸気を噴出する噴出口１１４などを加熱室１０１の内外に設置する必要があり、導波部１０３は加熱室１０１に対してオフセンタの構成となる。
【００４６】
２点目は、輻射加熱機能を有するマイクロ波加熱装置の場合であり、加熱室１０１の上面側または底面側にヒータ１１０を設置する必要があるため、導波部１０３は加熱室１０１に対してオフセンタの構成となる。図１に示すマイクロ波加熱装置においては、加熱室１０１の上面側にヒータ１１０が設置された例を示している。
【００４７】
また、マイクロ波加熱装置においては、その筐体内にインバータ、マグネトロン、制御基盤などの発熱量が多い部品などが設置されている。このようなインバータ、マグネトロン、制御基盤などの発熱部品は十分に冷却しなければならず、これらの発熱部品に対して筐体内には冷却風路（冷却空間）１１５（図１参照）を確保する必要がある。もしこれらの発熱部品に対する冷却が不十分であれば正常に動作しない部品や、焼損する部品が発生してしまい、装置の信頼性を大幅に損ねるという問題を有している。したがって、十分な冷却性能を確保するためには、導波部が加熱室に対してオフセンタの位置となる構成とならざるをえない場合が多かった。
【００４８】
以上の点を考慮すると、マイクロ波放射部から放射されるマイクロ波においては、加熱室内の加熱空間に対応して所望の指向性を有するように構成しなければ、加熱室内の被加熱物を均一にマイクロ波加熱することは困難である。
【００４９】
次に、複数のマイクロ波放射部を有するマイクロ波加熱装置の利点について説明する。
１つのマイクロ波放射部を有するマイクロ波加熱装置では、マイクロ波の指向性を調整するための因子数が少ないため、目標とする加熱室内の加熱領域に対するマイクロ波分布の均一性を得ることは困難である。
【００５０】
また、このようなマイクロ波加熱装置においては、１点からマイクロ波が加熱室内に放射されるため、マイクロ波の十分な拡がりが期待できず、直接波および反射波が特定の領域に加熱領域が集中してしまい、被加熱物に対して不均一なマイクロ波加熱となってしまうことが多い。
【００５１】
特に、加熱室の底面からマイクロ波を放射する場合においては、被加熱物がマイクロ波放射部と近距離に置かれることが多く、マイクロ波が十分に拡がらず、マイクロ波が被加熱物近傍に集中してしまい、被加熱物の加熱ムラが顕著となる。
【００５２】
したがって、マイクロ波放射部を導波部に複数設けて加熱室に対してマイクロ波を放射する構成とすることにより、マイクロ波放射部の形状だけではなく、数量、配置などの指向性を調整するための因子数を増やすことが可能となる。このように、マイクロ波放射部を複数設けることにより、１つのマイクロ波放射部の場合と比較して、大幅に調整因子数を増加させることができる。このため、加熱空間内のマイクロ波分布を均一にすることが可能であり、目標とする被加熱物に対するマイクロ波加熱の均一化を得ることが容易になる。
【００５３】
次に、円偏波の特徴および円偏波を用いたマイクロ波加熱の利点について説明する。
円偏波とは、移動通信および衛星通信の分野で広く用いられている技術である。身近な使用例としては、ＥＴＣ（Electronic Toll Collection System）「ノンストップ自動料金収受システム」などが挙げられる。円偏波は、電界の偏波面が電波の進行方向に対して時間に応じて回転するマイクロ波であり、円偏波を形成すると電界の方向が時間に応じて変化し続けるため、加熱室内に放射されるマイクロ波の放射角度も変化し続け、時間的に電界強度の大きさが変化しないという特徴を有している。
【００５４】
上記の円偏波の特徴により、円偏波を放射するマイクロ波放射部は、従来のマイクロ波加熱装置に用いられている直線偏波によるマイクロ波加熱と比較して、広範囲にわたってマイクロ波が分散放射されて、被加熱物をより均一に加熱することが可能となる。特に、円偏波の周方向に対して均一加熱の傾向が強い。なお、円偏波は回転方向から右旋偏波（ＣＷ：clockwise）と左旋偏波（ＣＣＷ：counter clockwise）の２種類に分類されるが、加熱性能に違いはない。
【００５５】
したがって、直線偏波を用いた従来のマイクロ波加熱装置によるマイクロ波加熱において問題となっていた、直接波と、その反射波との干渉によって生じる加熱室内の定在波を、円偏波放射を利用することにより緩和することが可能であり、より均一なマイクロ波加熱を実現することができると考えられる。
【００５６】
導波管内を伝送するマイクロ波は、電場および磁場の振動方向が一定方向である直線偏波である。前述のように、直線偏波を加熱室内に放射する従来のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波分布の不均一さを低減するためには、被加熱物を載置するテーブルを回転させる構造や、導波部から加熱室へマイクロ波を放射するアンテナを回転させる構造や、または導波部内に位相器を設置してマイクロ波の位相を変更させる構造を設けなければならなかった。
【００５７】
しかしながら、テーブルやアンテナを回転させる機構、または導波部に位相器を設置する機構を設けても、加熱室内において被加熱物に対して十分に均一なマイクロ波加熱を実現することは困難であった。さらに、上記のように回転機構や、位相器を設置するような構成をマイクロ波加熱装置に設けることは、構造の複雑化を招き、構造上における制限が生じ、そして装置の信頼性が低下するという課題を有していた。
【００５８】
前述のように、加熱室内の加熱空間形状の非対称性、および加熱室に対する導波部がオフセンタとなる構成において、被加熱物に対する均一加熱を実現するためには、複数のマイクロ波放射部により放射されるマイクロ波の合成波の指向性を調整する必要がある。さらに、円偏波を放射するマイクロ波放射部を設置することにより、加熱空間内のマイクロ波分布の均一性が向上させる必要がある。
そこで、本発明者は、上記の課題を解決する本願発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置の構成を一態様として提案するものである。
【００５９】
本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置において構成した複数のマイクロ波放射部１０４により放射されるマイクロ波の合成波の指向性の調整方法について具体例を用いて説明する。
【００６０】
図２に示すように、導波部１０３には複数のマイクロ波放射部１０４が設けられており、導波部１０３が加熱室１０１に対してオフセンタの位置となるよう構成されている。図２に示す実施の形態１において、導波部１０３は加熱室１０１の加熱空間の中心点Ｏより、加熱室１０１を上から見た状態において、背面側（図２における上側）となるよう配置されている。
【００６１】
仮に、導波部の伝送方向に平行な中心軸（Ｐ）を対称軸として複数のマイクロ波放射部を対称的に配置した場合には、マイクロ波発生部からの距離が遠くなるに従って、基本的にはマイクロ波放射量は減少する。このような構成においては、加熱室内の中央に配置された被加熱物を均一加熱することは困難である。
【００６２】
そこで、図２に示すように、複数のマイクロ波放射部１０４を、導波部１０３の伝送方向Ｘに平行な中心軸Ｐに対して、軸対称とならないように配置する（非軸対称配置）。図２に示した構成では、導波部１０３の中心軸Ｐより背面側の領域においては２個の導波部１０３を設け、導波部１０３の中心軸Ｐより前面側の領域においては３個の導波部１０３を設けている。このように構成した場合、中心軸Ｐを境界として、マイクロ波放射部１０４の数が多い領域（前面側領域）におけるマイクロ波放射部１０４の開口面積の合計が、反対側の領域（背面側領域）の開口面積の合計より大きくなり、両側の領域におけるマイクロ波放射総量において偏りが生じている。
【００６３】
この結果、図２に示した実施の形態１の構成においては、前面側のマイクロ波放射部１０４の各々から加熱室１０１の前面側に対して放射されるマイクロ波は、背面側のマイクロ波放射部１０４の各々から加熱室１０１の背面側に対して放射されるマイクロ波より多くなる。結果的には、導波部１０３からの合成波は、マイクロ波放射部１０４の開口数の多い側（前面側）に指向性を有する構成となっている。
【００６４】
したがって、導波部１０３が加熱室１０１に対してオフセンタとなっている場合には、導波部１０３の加熱室１０１に対向する面において、加熱室１０１の加熱空間の中心点Ｏに近い側の領域（例えば、前面側領域または背面側領域）にマイクロ波放射部１０４の開口数を多くすることにより、被加熱物１０７に対する均一加熱の実現をより図ることができる構成となる。
【００６５】
また、実施の形態１の構成において、導波管１０３の伝送方向に平行な中心軸Ｐを境界として、その中心軸Ｐからマイクロ波放射部１０４の中心までの距離が異なるように調整しても良い。例えば、図２において、導波部１０３の終端２０１に最も近いマイクロ波放射部１０４に示すように、中心軸Ｐから前面側のマイクロ波放射部１０４の中心までの距離Ｌ１は、中心軸Ｐから背面側のマイクロ波放射部１０４までの距離Ｌ２より長く設定する（Ｌ１＞Ｌ２）。即ち、それぞれのマイクロ波放射部１０４を、より加熱室１０１の加熱空間の中心点Ｏに近づけて設けることにより、導波部１０３に設けたマイクロ波放射部１０４からのマイクロ波放射において、加熱室１０１の中央側の方向にマイクロ波がより多く放射されて、そのマイクロ波の合成波（総量）の放射方向において指向性を有する構成となる。
【００６６】
上記のように、実施の形態１の構成においては、伝送および電界方向に対して直交する方向Ｙ（導波部１０３の幅方向）におけるマイクロ波放射部１０４の位置を調整することにより、加熱室１０１の中央側にマイクロ波をより多く放射することができ、指向性を有する構成となる。
【００６７】
なお、上記のように、伝送方向Ｘに並ぶマイクロ波放射部の数量を変更する構成や、中心軸Ｐに対する距離を変更する構成である具体的な構成については、導波部１０３が加熱室１０１に対してオフセンタに配置された場合だけではなく、加熱室１０１の加熱空間形状が非対称性であるときに生じるマイクロ波分布の偏りが問題となる場合においても適用可能である。
また、上記の２つの具体的な構成に関しては、それらの構成を組合せることにより被加熱物に対するより均一な加熱の実現を図ることが可能な構成となる。
【００６８】
（実施の形態２）
以下、本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置について説明する。実施の形態２のマイクロ波加熱装置において、前述の実施の形態１のマイクロ波加熱装置と異なる点は、マイクロ波放射部の指向性を導波管内の定在波との関係で特定する点であり、その他の構成は同じである。
【００６９】
以下の実施の形態２のマイクロ波加熱装置の説明においては、実施の形態１のマイクロ波加熱装置における構成要素と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、その詳細な説明は実施の形態１の説明を適用する。また、実施の形態２における基本的な動作は前述の実施の形態１における動作と同様であるので、以下の説明においては、実施の形態１における動作とは異なる動作、作用などについて説明する。
【００７０】
図３は、本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部１０４と定在波３０１との関係を説明する図である。図３においては、導波部１０３内に生じる定在波３０１とマイクロ波放射部１０４との位置関係を説明している。
【００７１】
まず、導波部１０３が少なくとも１つのマイクロ波放射部１０４を特定の位置に設けることにより、当該マイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波が指向性を有する構成となることについて説明する。
【００７２】
図３に示すように、導波部１０３として矩形導波管を用いている場合、マイクロ波発生部１０２（図１参照）において発生して導波部１０３に供給された進行波と、導波部１０３の終端２０１において反射した反射波とが互いに干渉して、導波部１０３の内部には定在波３０１が生じる。マイクロ波放射部１０４の直下にある定在波３０１の位相の違いによって、マイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波は、その指向性が変化することを、本発明者は実験により確認している。マイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波の指向性が、定在波３０１の位相に応じて変化する原理については以下で説明する。
【００７３】
図４を用いて、定在波３０１による導波部１０３における電界、磁界、および電流の関係について説明する。図４は、実施の形態２のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部１０４に対する電界と磁界と電流との関係を説明する図である。図４においては、マイクロ波放射部１０４の設置位置により指向性が変化する原理を示しており、定在波３０１が生じている導波部１０３における電界と磁界と電流との関係を説明している。図４において、符号４０２は電界分布の曲線を示しており、符号４０３は磁界分布を示す曲線であり、符号４０４は電流の流れを示している。
【００７４】
進行波においては、電界と磁界の方向は直交（９０°）しており、位相は同一である。これに対して、定在波３０１は、電界と磁界の方向が直交（９０°）しており、位相がπ／２ずれている。したがって、定在波３０１が発生している導波部１０３である矩形導波管内の電界と磁界の関係は図４に示すようになる。これは、定在波３０１の場合は、進行波が導波部１０３の終端で反射する際に、電界の位相が１８０°ずれることが主な原因である。なお、電流は導波部１０３の表面を磁界に直交する方向に流れている。
【００７５】
以下、電界方向Ｚ（図３参照）に直交する面にマイクロ波放射部１０４を設けた導波部（矩形導波管）１０３において、その内部に定在波３０１が発生しているときに放射されるマイクロ波の指向性について、その原理説明を行う。
【００７６】
図４に示すように、導波部１０３内の定在波３０１における「腹」の位置と、「節」の位置にマイクロ波放射部１０４が配置された場合について説明する。マイクロ波放射部１０４において、電流の伝送方向Ｘの成分（Ｘ方向成分）と、伝送および電界方向に対して直交する幅方向Ｙの成分（Ｙ方向成分）を考えた場合、定在波の「腹」の位置に配置されたマイクロ波放射部１０４における電流には伝送および電界方向に対して直交する幅方向ＹのＹ方向成分の電流が多くなる。
【００７７】
電流の流れる方向と電界が拡がる方向は同一であるため、放射されるマイクロ波は、伝送および電界方向に対して直交するＹ方向（導波部１０３の幅方向）に指向性を有する。
【００７８】
一方、定在波の「節」の位置に配置されたマイクロ波放射部１０４における電流には伝送方向Ｘの成分（Ｘ方向成分）が多くなる。このため、放射されるマイクロ波は、導波部１０３の伝送方向ＸであるＸ方向に指向性を有する。
【００７９】
次に、マイクロ波放射部１０４の直下にある定在波の位相と、放射されるマイクロ波の指向性との関係を、図５を用いて説明する。図５は、実施の形態２のマイクロ波加熱装置における導波部１０３内に生じる定在波３０１の位相と指向性との関係を説明する図である。図５においては、マイクロ波放射部１０４が位置する導波部１０３内に生じる定在波３０１の位相と、加熱室１０１内に放射されるマイクロ波の指向性との関係を説明している。図５に示した結果は解析により求めたものである。
【００８０】
図５の（ａ）は、導波部１０３の終端２０１（図４参照）からのマイクロ波放射部１０４の中心までの距離を変更することにより、マイクロ波放射部１０４の直下における導波部１０３内の定在波の位相を変えた図である。なお、マイクロ波放射部１０４の中心とは、開口形状を同じ厚みの板材で構成したと仮定した場合において、その板材の重心位置を示すものである。
【００８１】
図５の（ａ）に示した解析においては、定在波の「腹」の位置を位相０°とし、「節」の位置を位相１８０°として、位相約０°から位相約１８０°までを、位相約４５°刻みで、マイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波分布を解析により求めた。
【００８２】
なお、図５の（ａ）に示すように、本解析では導波部（矩形導波管）１０３の終端２０１からマイクロ波放射部１０４の中心までの距離を変えることにより、マイクロ波放射部１０４の直下にある導波部１０３内の定在波の位相を変えている。なお、導波部１０３の終端２０１とは、導波部１０３内の伝送空間において、マイクロ波発生部１０２であるマグネトロンのマイクロ波出力位置を始端部として、その伝送方向の終端位置である導波部１０３の閉塞部分の内壁面をいう。
【００８３】
マイクロ波放射部１０４の直下の位相が約１８０°（定在波におけるほぼ「節」の位置）の場合、前述の原理説明と同様に、当該マイクロ波放射部１０４は伝送方向Ｘにマイクロ波放射の指向性を有している。そして、図５の（ｂ）に示すように、位相を約４５°ずらしていくことによって、マイクロ波の指向性は、反時計回りに推移していき、位相が約０°（定在波のほぼ「腹」の位置）のとき、伝送および電界方向に対して直交する幅方向（Ｙ方向）の指向性を有する。即ち、マイクロ波放射部１０４の直下の位相が約０°（定在波におけるほぼ「腹」の位置）の場合は、当該マイクロ波放射部１０４は伝送および電界方向に対して直交する幅方向（Ｙ方向）にマイクロ波放射の指向性を有している。この結果も、前述の原理説明と一致している。
【００８４】
上記において説明した定在波の位相とマイクロ波放射部１０４の指向性との関係に関する技術を応用することにより、狙った方向に指向性を有するマイクロ波放射部１０４を設けることが可能となり、加熱室１０１内の不均一なマイクロ波分布を改善することができる。
【００８５】
次に、図５に示した解析結果の解析条件を説明する。
本解析においては、導波部１０３として矩形導波管を用いてマイクロ波発生部であるマグネトロンから発生したマイクロ波を伝送し、当該矩形導波管の伝送方向（図４における矢印Ｘ参照）には、磁界成分のみが存在して、電界成分のない伝送モードであるＨ波（ＴＥ波；電気的横波伝送  Transverse Electric Wave）におけるＴＥ１０モードという伝送モードのマイクロ波が伝送されている場合を想定している。
【００８６】
なお、ＴＥ１０モード以外の伝送モードがマイクロ波加熱装置の導波部１０３に適用されることは殆どない。なお、矩形導波管の伝送および電界方向に対して直交する方向（図４における矢印Ｙ参照）の寸法の上限および下限は、マイクロ波の周波数と、当該矩形導波管の電界方向（図３における矢印Ｚ参照）の寸法によって決定される。
また、放射方向を９０°変えるために必要なマイクロ波放射部１０４の移動距離は、管内定在波の約半波長分である。
【００８７】
図６は、実施の形態２のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部１０４の具体的な開口形状の説明図である。図６に示すマイクロ波放射部１０４は、２本の直線状の開口であるスリット（開口）が交差するよう構成されており、少なくとも１本のスリットの長手方向（図６において長さＬを示す方向）が導波部１０３における伝送方向Ｘに対して傾いた形状である。なお、図６において、マイクロ波放射部１０４を構成するスリットの長手方向の長さをＬとし、そのスリットの幅の長さをＳとしている。
【００８８】
図６に示すように、上記の解析結果の解析条件としては、マイクロ波放射部１０４の開口形状は２本のスリットを各スリットの中央で交差するよう直交させており、伝送方向Ｘに対してスリットの長手方向を４５°傾けた構成となっている。
また、マイクロ波放射部１０４の数は１個であり、各スリットの長さＬは５５ｍｍ、矩形導波管の厚さ（高さ）は３０ｍｍ、指向性の表示データは実効放射電力である。
【００８９】
図７は、上記の解析結果を踏まえて構成された本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置における加熱室１０１に対する導波部１０３に設けたマイクロ波放射部１０４の配置構成例を示す平面図である。図７に示すように、導波部１０３は、加熱室１０１内に円偏波を放射する複数のマイクロ波放射部１０４を有している。導波部１０３と加熱室１０１との位置関係は、加熱室１０１を上から見た状態において、導波部１０３における伝送方向（図７における右方向）に平行な中心軸Ｐの垂直線上（鉛直線上）が、導波部１０３を設置した加熱室１０１の加熱空間の中心点Ｏを含まないよう、オフセンタで構成されている。上記の構成において、導波部１０３における伝送方向に平行な中心軸Ｐを境界としてその両側の領域、即ち加熱室１０１に対向する管壁面において前記の中心軸Ｐを境界として背面側領域および前面側領域には複数のマイクロ波放射部１０４がそれぞれ設けられている。背面側領域には導波部１０３内の定在波の「節」の位置に２つのマイクロ波放射部１０４が配置されており、前面側領域には導波部１０３内の定在波の「腹」の位置に３つのマイクロ波放射部１０４が配置されている。
【００９０】
上記のように、複数のマイクロ波放射部１０４を配置することにより、導波部１０３における背面側領域のマイクロ波放射部１０４のそれぞれは管軸方向（図７における左右方向）に指向性を有するマイクロ波放射を行う。一方、導波部１０３における前面側領域のマイクロ波放射部１０４のそれぞれは管軸方向に直交する方向（図７における上下方向）に指向性を有するマイクロ波放射を行う。また、前面側領域のマイクロ波放射部１０４からのマイクロ波放射量の総量は、背面側領域のマイクロ波放射部１０４からのマイクロ波放射量の総量より多いため、当該加熱室１０１に対しては前面側にマイクロ波放射部１０４から多くのマイクロ波放射が行われる構成である。この結果、上記のように構成された実施の形態２のマイクロ波加熱装置においては被加熱物に対する均一加熱を図ることができる構成となる。
【００９１】
なお、図６に示した２本の直線状のスリットにより構成されている円偏波を放射するマイクロ波放射部１０４の最良な形状の条件としては以下の３点が挙げられる。
【００９２】
１点目は、各スリットの長手方向の長さＬは導波部１０３内を伝送されているマイクロ波の管内波長（λｇ）の１／４以上であることである。
【００９３】
２点目は、２本のスリットがお互いに中心において直交していること、および伝送方向Ｘに対して各スリットの長手方向が４５°傾いていることである。
【００９４】
３点目は、導波部１０３の伝送方向Ｘに平行な直線であり、且つ、マイクロ波放射部１０４の中心を通る直線を対称軸として、導波部１０３における電界分布が軸対称とならないことである。例えば、特許文献２で示されているように、ＴＥ１０モードでマイクロ波を伝送している場合においては、導波部における伝送方向に平行な中心軸（管軸）を対称軸として導波部内には電界が分布している。このため、マイクロ波放射部１０４の開口形状が、導波部１０３における伝送方向Ｘの中心軸Ｐ（管軸）に対して軸対称とならないように配置（非対称配置）することが条件となる。
【００９５】
次に、円偏波を発生するマイクロ波放射部１０４の他の形状について説明する。特にここでは、少なくとも２本以上のスリットにより構成されるマイクロ波放射部１０４の構成について説明する。
【００９６】
図８は、本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置における円偏波を発生するマイクロ波放射部１０４の他の構成を示す図であり、導波部１０３における加熱室１０１に対向する管壁面に形成された状態を示す平面図である。図８においては、マイクロ波放射部１０４の他の構成として、２本以上の直線状のスリット（開口）により構成されており、円偏波を放射するマイクロ波放射部１０４の異なる形状例を示している。
【００９７】
図８の（ａ）〜（ｆ）に示すように、マイクロ波放射部１０４は、２本以上の直線状に開口したスリットにより構成されており、このうちの少なくとも１本のスリットの長手方向がマイクロ波の伝送方向Ｘに対して傾いた形状となっていれば良い。したがって、図８の（ｅ）および（ｆ）に示すように、スリットが交差していない形状や、図８の（ｄ）に示すように、３本のスリットにより構成されている形状でも良い。
【００９８】
次に、２本以上のスリットにより構成されたマイクロ波放射部１０４において、スリットの開口面積を増減させることによって、導波部１０３から加熱室１０１にマイクロ波放射部１０４を介して放射されるマイクロ波放射量を調整する方法について説明する。
【００９９】
スリットの長手方向の長さ（図６における長さＬ）を短くした場合や、スリットの幅方向の長さ（図６における長さＳ）を短くした場合には、マイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波の放射量は減少する。逆に、それぞれの長さを長くした場合には、マイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波の放射量は増加する。
【０１００】
したがって、前述のように導波部１０３が加熱室１０１に対してオフセンタである場合、または加熱室１０１内の内壁面で構成される加熱空間の形状が非対称である場合において、被加熱物の均一加熱を実現するためには、それぞれの構成に対応して、導波部１０３における全てのマイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波の合成波の指向性を調整する必要がある。前述のように、マイクロ波放射部１０４のそれぞれの開口面積を増減させることにより、マイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波の総量を変更することが可能である。したがって、導波部１０３における全てのマイクロ波放射部１０４から放射されるマイクロ波の合成波の指向性を調整することは可能である。
【０１０１】
例えば、導波部１０３の伝送方向Ｘに平行な中心軸Ｐの両側の領域（前面側領域および前面側領域）に２つのマイクロ波放射部１０４を対称的に配置し、加熱室１０１の加熱空間の中心点Ｏに対して導波部１０３がオフセンタの位置に配置されている場合を考える。
【０１０２】
この場合において、導波部１０３における伝送方向Ｘに平行な中心軸Ｐに対称となるように開口面積の等しいマイクロ波放射部１０４を同数配置すると、マイクロ波発生部（例えば、マグネトロン）からの距離が遠くなるに従って、基本的にはマイクロ波の強度は弱まるため、加熱室１０１内の中央に置かれた被加熱物を均一加熱することは困難である。
【０１０３】
したがって、導波部１０３における伝送方向Ｘに平行な中心軸Ｐを境界と考えた場合、加熱室１０１の前面側（加熱空間の中心側）に配置されているマイクロ波放射部１０４のスリットの長手方向の長さＬおよび／またはスリットの幅方向の長さＳを反対側である背面側のマイクロ波放射部１０４より長くすることにより、加熱室１０１の前面側（中心側）のマイクロ波の放射量を増加させることが可能となる。
【０１０４】
図９は、実施の形態２のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波放射部１０４の構成を変更した例を示す平面図である。図９に示す構成においては、加熱室１０１内に円偏波を放射する複数のマイクロ波放射部１０４が導波部１０３に形成されており、導波部１０３は加熱室１０１に対してオフセンタとなっている。図９において左側のマイクロ波放射部１０４に示すように、例えば加熱室１０１の前面側（中心側）に配置されているマイクロ波放射部１０４のスリットの長手方向の長さＬを背面側のマイクロ波放射部１０４より長く（太く）することにより、加熱室１０１の前面側（中心側）のマイクロ波の放射量を背面側のマイクロ波放射部１０４より増加させることができる。
【０１０５】
また、図９において右側のマイクロ波放射部１０４に示すように、加熱室１０１の前面側（中心側）に配置されているマイクロ波放射部１０４のスリットの幅方向の長さＳを背面側のマイクロ波放射部１０４より長く（太く）することにより、加熱室１０１の前面側（中心側）のマイクロ波の放射量を背面側のマイクロ波放射部１０４より増加させることができる。
【０１０６】
上記のように、図９に示した構成のようにマイクロ波放射部１０４の開口形状を所望の形状に選択することにより、加熱室１０１内の不均一なマイクロ波分布を改善することが可能な構成となる。
【０１０７】
なお、前述の図６および図９に示した２本のスリットをそれぞれの中央で直交させて、スリットの長手方向を導波部１０３における伝送方向Ｘに対して４５°傾けた形状であるマイクロ波放射部１０４が放射するマイクロ波の放射量は、十字形方向性結合器の結合度Ｃを求める下記の（数１）で示す式に基づいて決定することができる。ここで、十字形方向性結合器の結合度Ｃとは、マイクロ波放射部１０４を通じて導波部１０３から加熱室１０１へのマイクロ波の放射率を意味する。
【０１０８】
【数１】
2013005420.tif 000003
【０１０９】
次に、２本以上のスリットより構成されたマイクロ波放射部１０４に施したＲ面取り加工およびＣ面取り加工について図６を参照しつつ説明する。
【０１１０】
マイクロ波は、角や先端の尖った部分に集中する性質を有している。したがって、スリットの交差部分Ａ（図６参照）またはスリットの末端部分Ｂ（図６参照）に角や尖った部分があると、その部分に電界集中して発熱する。このように電界が集中すると、エネルギ損失が生じるため、被加熱物の加熱効率が低下してしまい、最終的にはマイクロ波加熱装置の信頼性を低下させることになる。
【０１１１】
そこで、例えば前述の図６に示すように、直線状の２本のスリットを交差させて構成されたマイクロ波放射部１０４のスリットの交差部分Ａ、またはスリットの末端部分Ｂにおいては、Ｒ面取り加工（図６において符号Ｒ部分）またはＣ面取り加工（図６において符号Ｔ部分）を施すことにより、マイクロ波放射部１０４での電界集中によるエネルギ損失を低減することができる。この結果、このように加工されたマイクロ波放射部１０４を有するマイクロ波加熱装置は、被加熱物に対する加熱効率を向上させることができ、そしてマイクロ波加熱装置の信頼性の改善を図ることが可能となる。
【０１１２】
本発明のマイクロ波加熱装置は、加熱室内に設置した円偏波を放射する複数のマイクロ波放射部の数、形状、配置を調整することにより、加熱室内に配置された被加熱物に対して均一なマイクロ波加熱を実現することができる。また、マイクロ波放射部を２本以上のスリットにより構成された形状とすることにより、アンテナを回転させる機構、テーブルを回転させる機構および位相器などを設けなくても、被加熱物を均一にマイクロ波加熱することが可能となり、給電部の小型化、信頼性の向上、製造コストの低減を図ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を被加熱物に均一に照射することができるため、食品の加熱加工や殺菌などを行うマイクロ波加熱装置などに有効に利用することができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１０１  加熱室
１０２  マイクロ波発生部
１０３  導波部
１０４  マイクロ波放射部
Ｏ  加熱室内の加熱空間の中心点
Ｌ  マイクロ波放射部のスリットの長手方向の長さ
Ｓ  マイクロ波放射部のスリットの幅方向の長さ（太さ）
Ｐ  導波部における伝送方向の中心軸
Ｘ  導波部の伝送方向
Ｙ  導波部における伝送方向および電界方向に対してそれぞれ直交する方向（幅方向）
Ｚ  導波部における電界方向
【図１】
2013005420.tif 000004
【図２】
2013005420.tif 000005
【図３】
2013005420.tif 000006
【図４】
2013005420.tif 000007
【図５】
2013005420.tif 000008
【図６】
2013005420.tif 000009
【図７】
2013005420.tif 000010
【図８】
2013005420.tif 000011
【図９】
2013005420.tif 000012
【国際調査報告】
2013005420.tif 000013
2013005420.tif 000014
2013005420.tif 000015
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