(57)【要約】【課題】周期構造体を用いた表面波伝送線路を備えた高周波加熱装置に於いて、表面波伝送線路の幅が限定されず、１つの表面波伝送線路で加熱できる被加熱物の大きさや置き位置、数量等の制約を極力小さくすることができる、高周波加熱装置を提供すること。【解決手段】被加熱物１０２を加熱処理する高周波加熱装置１００であって、表面波伝送線路１１１で構成された加熱部１１０と、高周波電力を発生させる高周波電力発生部１２０と、加熱部１１０に高周波電力発生部１２０からの高周波電力を供給し、表面波伝送線路１１１で構成された高周波電力供給部１３０と、を備え、高周波電力供給部１３０の表面波伝送線路幅に対して、被加熱物１０２を載置する加熱部１１０の表面波伝送線路幅の寸法を大きくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を設置する設置台と、
前記設置台近傍に設置されて前記被加熱物を加熱し、表面波伝送線路で構成された加熱部と、
高周波電力を発生させる高周波電力発生部と、
前記加熱部に前記高周波電力発生部からの高周波電力を供給し、少なくとも一部が前記表面波伝送線路で構成された高周波電力供給部と、を備え、
前記高周波電力供給部の表面波伝送線路幅Ｗｓよりも、前記加熱部の表面波伝送線路幅Ｗｈの寸法を大きくした、高周波加熱装置。
【請求項２】
前記高周波電力供給部を複数設置し、前記加熱部の複数方向から高周波電力を供給する、請求項１に記載の高周波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周期構造体を用いた表面波伝送線路を備えた高周波加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、周期構造体を用いた表面波伝送線路に高周波電力を給電して、食品等の被加熱物に加熱処理を施す高周波加熱装置に関する技術が開示されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、伝送線路に近い側が強く加熱される表面波の特徴を活かすべく、表面波伝送線路へ直接マイクロ波を供給することで、冷凍寿司のしゃり部を効率よく解凍もしくは加熱する高周波解凍加熱装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１６６１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、表面波伝送線路へ高周波電力であるマイクロ波を直接供給するために、表面波伝送線路の幅寸法が限定され、１つの表面波伝送線路で加熱できる被加熱物の大きさや置き位置、数量等の制約が大きくなるという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、周期構造体を用いた表面波伝送線路を備えた高周波加熱装置に於いて、表面波伝送線路へ高周波電力であるマイクロ波を直接供給すると共に、表面波伝送線路の幅が限定されず、１つの表面波伝送線路で加熱できる被加熱物の大きさや置き位置、数量等の制約を極力小さくすることができる、高周波加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するため、本発明の高周波加熱装置は、被加熱物を設置する設置台と、前記設置台近傍に設置されて前記被加熱物を加熱し、表面波伝送線路で構成された加熱部と、高周波電力を発生させる高周波電力発生部と、前記加熱部に前記高周波電力発生部からの高周波電力を供給し、少なくとも一部が表面波伝送線路で構成された高周波電力供給部と、を備え、前記高周波電力供給部の表面波伝送線路幅よりも、前記加熱部の表面波伝送線路幅の寸法を大きくしたものである。
【０００８】
この構成により、少なくとも１つの表面波伝送線路に於いて、高周波電力給電部の表面波伝送線路の幅寸法は、使用する高周波電力の周波数に適合した寸法にできるので、効率の良い高周波電力供給部を構成することができると共に、決められた高周波加熱装置の空間のなかで、加熱部の面積割合を大きくすることができるので、１つの表面波伝送線路で加熱できる被加熱物の大きさや置き位置、数量等の制約を極力小さくすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
この構成により、少なくとも１つの表面波伝送線路に於いて、高周波電力供給部の表面波伝送線路の幅寸法は、使用する高周波電力の周波数に適合する寸法にできるので、効率の良い高周波電力供給部を構成することができると共に、決められた高周波加熱装置の空間のなかで、加熱部の面積割合を大きくすることができるので、１つの表面波伝送線路で加熱できる被加熱物の大きさや置き位置、数量等の制約を極力小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１の高周波加熱装置の基本構成を示すブロック図
【図２】実施の形態１の表面波伝送線路の形状を示す図
【図３】（ａ）高周波電力供給部の構成を示す平面視ブロック図（ｂ）高周波電力供給部の構成を示す側面視ブロック図
【図４】実施の形態２の高周波加熱装置の基本構成を示すブロック図
【図５】実施の形態２の表面波伝送線路の形状を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の発明は、被加熱物を設置する設置台と、前記設置台近傍に設置されて前記被加熱物を加熱し、表面波伝送線路で構成された加熱部と、高周波電力を発生させる高周波電力発生部と、前記加熱部に前記高周波電力発生部からの高周波電力を供給し、少なくとも一部が表面波伝送線路で構成された高周波電力供給部と、を備え、前記高周波電力供給部の表面波伝送線路幅よりも、前記加熱部の表面波伝送線路幅の寸法を大きくしたので、少なくとも１つの表面波伝送線路に於いて、高周波電力給電部の表面波伝送線路の幅寸法は、使用する高周波電力の周波数に適合した寸法にできるので、効率の良い高周波電力供給部を構成することができると共に、決められた高周波加熱装置の空間のなかで、加熱部の面積割合を大きくすることができるので、１つの表面波伝送線路で加熱できる被加熱物の大きさや置き位置、数量等の制約を極力小さくすることができる。
【００１２】
第２の発明は、特に第１の発明において、前記高周波電力供給部を複数設置し、前記加熱部の複数方向から高周波電力を供給するので、１つの表面波伝送線路の加熱部の面積を大きくすることができると共に、加熱ムラの抑制や加熱領域の制御が可能となる。
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における、高周波加熱装置１００を上方からみたときの基本構成を示すブロック図である。
【００１５】
同図に示す高周波加熱装置１００は、設置台１０１に設置された被加熱物１０２を加熱処理する高周波加熱装置であって、加熱部１１０と、高周波電力発生部１２０と、高周波電力供給部１３０を備えている。加熱部１１０は、表面波伝送線路１１１の一部分で構成されている。なお、図１において、高周波加熱装置１００は、１つの表面波伝送線路と、１つの高周波電力発生部と、１つの高周波電力供給部を有しているが、表面波伝送線路、高周波電力発生部および高周波電力供給部の数はこれに限定されるものではない。
【００１６】
高周波電力発生部１２０で発生された高周波電力は、高周波電力供給部１３０を介して、加熱部１１０を構成する表面波伝送線路１１１へ供給される。
【００１７】
高周波電力発生部１２０は、被加熱物１０２を加熱処理するのに適した周波数（例えば、マイクロ波）とパワーを有する高周波電力を出力する高周波発信器である。したがって、例えば高周波電力発生部１２０は、マグネトロンとインバータ電源回路で構成してもよいし、固体発振器と電力増幅器で構成してもよい。
【００１８】
マグネトロンは、電波の一種である強力なノンコヒーレントマイクロ波を発生する発振用真空管の一種で、レーダーや電子レンジなどの数百ワット〜数キロワットの高出力用途に多く使われている。マグネトロンの駆動には数キロボルトの高電圧が必要である為、マ
グネトロンの駆動電源には一般的にインバータ電源が用いられる。インバータ電源は整流機能を有するコンバーター回路と、昇圧（もしくは降圧）機能と出力周波数変換機能を有するインバータ回路で構成された電源回路であり、照明装置やモーター制御に広く用いられている技術である。
【００１９】
一方、固体発振器はトランジスタと、コンデンサ、インダクタ、抵抗器等の高周波電子部品で帰還回路を構成した半導体発振回路であり、通信機器等の小電力出力用途の発振器に広く用いられている技術である。固体発振器から出力される高周波電力は、近年では５０ワット程度の高出力のモノもあるが、一般的には数十ミリワット〜数百ミリワット程度であり、加熱処理用途に用いる為には数百ワットの出力パワーが必要であるので、一般的には、固体発振器から出力された高周波電力をトランジスタなどの電力増幅器で増幅する。
【００２０】
高周波電力供給部１３０は、高周波電力発生部１２０で発生された高周波電力を、表面波伝送線路１１１に給電する電力接続部に相当する。高周波電力供給部１３０の構成については後述する。
【００２１】
表面波伝送線路１１１は、金属板で周期的にインピーダンス素子を配列した金属周期構造体や、誘電体板で形成される。例えば、金属周期構造体では、金属平板上に複数の金属平板を一定間隔で被加熱物に向けて立てる方向に並べたスタブ型表面波伝送線路や、金属平板を交叉指状に打ち抜いたインターデジタル型表面波伝送線路を用いることができ、誘電体板では、アルミナ板やベークライト板を用いることができる。
【００２２】
表面波伝送線路１１１は、高周波電力供給部１３０を介して高周波電力発生部１２０より供給された高周波電力をその表面付近に集中させて伝送することができる。これにより、設置台１０１の近傍に表面波伝送線路１１１を設け、設置台１０１の上に被加熱物１０２を設置することにより、表面波伝送線路１１１によって表面付近に集中している高周波電力により、被加熱物１０２が加熱される。なお、本実施の形態においては、表面波伝送線路１１１を設置台１０１の下方に設けているが、設置台１０１の側方や上方に設けてもよい。
【００２３】
ここで、本実施の形態に於ける表面波伝送線路１１１の形状について図を用いて説明する。
【００２４】
図２は、本実施の形態に於ける表面波伝送線路１１１の形状を示した図である。
【００２５】
本実施の形態に於ける表面波伝送線路１１１は、高周波電力供給部１３０に対応する線路幅寸法（Ｗｓ）に対して、加熱部１１０に対応する線路幅寸法（Ｗｈ）が大きくなっている。なお、高周波電力供給部１３０に対応する線路幅寸法（Ｗｓ）から、加熱部１１０に対応する線路幅寸法（Ｗｈ）に至る過程で、図面上では傾斜を設けて徐々に幅寸法を広げるように構成している。
【００２６】
図３は、高周波電力供給部１３０の構成の一例を示すブロック図である。
【００２７】
図３（ａ）は上方（平面視）、図３（ｂ）は側方（側面視）から見た様子をそれぞれ示している。
【００２８】
同図では、図１で示した高周波電力発生部１２０としてマグネトロン１２１を用い、マグネトロン１２１で発生した高周波電力を方形導波管１３１を用いて高周波電力供給部１３０へ導いた場合の構成を示している。また、説明を簡易にするため、本実施の形態に於
いては、加熱に使用する高周波電力の周波数を、一般的に電子レンジなどで用いられている２４００ＭＨｚ〜２５００ＭＨｚとする。
【００２９】
方形導波管１３１は、最も一般的な導波管であり、断面形状が方形（一般的には長方形）である金属製の管で、主にマイクロ波の伝送に用いられる中空導波管である。電磁波は、管の中に、その形状や寸法、波長もしくは周波数に応じた電磁界を形成しながら管の中を伝播する。
【００３０】
方形導波管１３１の断面の長辺寸法（Ｗｄ）で、導波管の中を伝播する電磁波の波長もしくは周波数が決まる。一般的には、ＪＩＳ（日本工業規格）やＥＩＡＪ（日本電子機械工業会）で、周波数に対応する方形導波管の寸法が規格化されており、２４００ＭＨｚ〜２５００ＭＨｚの周波数に対応する、方形導波管１３１の断面の長辺寸法（Ｗｄ）は１０９．２２ｍｍとされている。ここでは高周波電力供給部１３０は、方形導波管１３１の一部と表面波伝送線路１１１の一部とで構成されている。
【００３１】
方形導波管１３１により、マグネトロン１２１から伝播された高周波電力を表面波伝送線路１１１に供給するためには、方形導波管１３１の断面の長辺寸法（Ｗｄ）と、表面波伝送線路１１１の接合部分の長辺寸法である幅寸法（Ｗｓ）を略同寸法にすることで、最も接合部での反射が小さくなり、効率が最も大きくなる。従って、使用する高周波電力の周波数を２４００ＭＨｚ〜２５００ＭＨｚとして、標準規格の方形導波管を用いて高周波電力を高周波電力供給部１３０に導いた場合、方形導波管１３１の断面の長辺寸法（Ｗｄ）は１０９．２２ｍｍであるので、表面波伝送線路１１１の接合部分の幅寸法もほぼ１０９．２２ｍｍにするのが、高周波電力の表面波伝送線路１１１への供給効率が最も大きくなる。
【００３２】
以上のような構成により、本実施の形態に係る高周波加熱装置１００は、高周波電力発生部１２０で発生された高周波電力を、高周波電力供給部１３０を介して、加熱部１１０を構成する表面波伝送線路１１１に供給することにより、加熱部１１０を構成する、表面波伝送線路１１１の近傍に設けた設置台１０１の上に設置された被加熱物１０２に加熱処理を施すことができる。
【００３３】
また、表面波伝送線路１１１は、高周波電力供給部１３０に対応する線路幅寸法（Ｗｓ）に対して、加熱部１１０に対応する線路幅寸法（Ｗｈ）が大きくなっているので、高周波電力供給部１３０に対応する線路幅寸法（Ｗｓ）が独立に決定することができ、効率の良い高周波電力供給部を構成することができると共に、１つの表面波伝送線路の加熱部の面積を大きくすることができるので、１つの表面波伝送線路で加熱できる被加熱物の大きさや置き位置、数量等の制約を極力小さくすることができる。なお、図２のとおり、高周波電力供給部１３０に対応する線路幅寸法（Ｗｓ）の線路幅方向と、高周波電力供給部１３０に対応する線路幅寸法（Ｗｓ）の線路幅方向は同方向である。
【００３４】
また、図１における高周波加熱装置１００は、一般的な調理用の電子レンジと同様の基本構成としてもよい。すなわち、略直方体状の筐体内部に被加熱物を加熱する加熱室を設け、加熱室内に高周波電力を供給するマグネトロンなどで構成される高周波電力発生部を筐体下部や筐体側部に設け、高周波電力発生部のマイクロ波が加熱室内に供給される導波管をさらに設け、加熱室の下部や背部あるいは上部に加熱部を設け、さらには加熱室を開閉するためのドアを筐体前面に設置し、ドアの周囲に電磁波漏れを防止するためのドアチョーク溝を設けるといった全体構造としてもよい。
【００３５】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２を、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
なお、本実施の形態２の説明において、前述の実施の形態１と同じ機能を有する構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。また、前述の実施の形態１と同じ作用を有する内容についても、説明を省略する。
【００３７】
図４は、本発明の実施の形態２に係る、高周波加熱装置２００の構成を示すブロック図である。
【００３８】
同図に示す高周波加熱装置２００は、図１に示した実施の形態１に係る高周波加熱装置１００と比較して、加熱部１１０に代わり加熱部２１０を備え、表面波伝送線路１１１に代わり表面波伝送線路２１１を備え、高周波電力発生部１２０に代わり第１の高周波電力発生部２２０ａおよび第２の高周波電力発生部２２０ｂを略対称位置に備え、高周波電力供給部１３０に代わり第１の高周波電力供給部２３０ａおよび第２の高周波電力供給部２３０ｂを略対称位置に備える。
【００３９】
すなわち、図４において、第１の高周波電力発生部２２０ａおよび第２の高周波電力発生部２２０ｂ、第１の高周波電力供給部２３０ａおよび第２の高周波電力供給部２３０ｂは、高周波電力発生部から加熱部に高周波電力が流れる方向（図４での水平方向）と垂直の方向に対し、略対称位置に配置されている。したがって、第１の高周波電力発生部２２０ａから加熱部２１０へ流れる高周波電力の方向と、第２の高周波電力発生部２２０ｂから加熱部２１０へ流れる高周波電力の方向とは、逆方向すなわち高周波電力の方向は複数方向となる。
【００４０】
なお、図４において、高周波加熱装置２００は、１つの表面波伝送線路と、２つの高周波電力発生部と、２つの高周波電力供給部を有しているが、表面波伝送線路、高周波電力発生部および高周波電力供給部の数はこれに限定されるものではない。
【００４１】
第１の高周波電力発生部２２０ａで発生された高周波電力は、第１の高周波電力供給部２３０ａを介して、第２の高周波電力発生部２２０ｂで発生された高周波電力は、第２の高周波電力供給部２３０ｂを介して、加熱部２１０を構成する表面波伝送線路２１１へそれぞれ供給される。即ち、表面波伝送線路２１１に２つの高周波電力が供給される。なお、第１の高周波電力発生部２２０ａおよび第２の高周波電力発生部２２０ｂと、第１の高周波電力供給部２３０ａおよび第２の高周波電力供給部２３０ｂの構成は、前述した実施の形態１で説明した、高周波電力発生部１２０と高周波電力供給部１３０の構成と同一であるので、説明は省略する。
【００４２】
ここで、本実施形態に於ける表面波伝送線路２１１の形状について図を用いて説明する。
【００４３】
図５は、本実施形態に於ける表面波伝送線路２１１の形状を示した図である。
【００４４】
本実施の形態に於ける表面波伝送線路２１１は、第１の高周波電力供給部２３０ａおよび第２の高周波電力供給部２３０ｂに対応する線路幅寸法（Ｗｓ）に対して、加熱部２１０に対応する線路幅寸法（Ｗｈ）が大きくなっている。
【００４５】
なお、高周波電力供給部２３０ａに対応する線路幅寸法（Ｗｓ）から、加熱部２１０に対応する線路幅寸法（Ｗｈ）に至る過程で、図面上では傾斜を設けて徐々に幅寸法を広げるように構成している。同様に、高周波電力供給部２３０ｂに対応する線路幅寸法（Ｗｓ）から、加熱部２１０に対応する線路幅寸法（Ｗｈ）に至る過程で、図面上では傾斜を設けて徐々に幅寸法を広げるように構成している。
【００４６】
以上のような構成により、本実施形態に係る高周波加熱装置２００は、第１の高周波電力発生部２２０ａおよび第２の高周波電力発生部２２０ｂで発生された高周波電力を、第１の高周波電力供給部２３０ａおよび第２の高周波電力供給部２３０ｂを介して、加熱部２１０を構成する表面波伝送線路２１１にそれぞれ供給することにより、加熱部２１０を構成する、表面波伝送線路２１１の近傍に設けた設置台１０１の上に設置された被加熱物１０２に加熱処理を施すことができる。
【００４７】
また、表面波伝送線路２１１は、第１の高周波電力供給部２３０ａおよび第２の高周波電力供給部２３０ｂに対応する線路幅寸法（Ｗｓ）に対して、加熱部１１０に対応する線路幅寸法（Ｗｈ）が大きくなっているので、第１の高周波電力供給部２３０ａおよび第２の高周波電力供給部２３０ｂに対応する線路幅寸法（Ｗｓ）は独立に決定でき、効率の良い高周波電力供給部を構成することができると共に、１つの表面波伝送線路の加熱部の面積を大きくすることができるので、１つの表面波伝送線路で加熱できる被加熱物の大きさや置き位置、数量等の制約を極力小さくすることができる。
【００４８】
さらに、表面波伝送線路２１１は、２つの高周波電力供給部２３０ａおよび２３０ｂを備え、２つの高周波電力を供給することができるので、加熱ムラの抑制や加熱領域の制御が可能となり、加熱仕上がり品質を向上することができる。
【００４９】
ここで、図４の高周波加熱装置２００では、表面波伝送線路２１１に対して、２つの高周波電力供給部２３０ａおよび２３０ｂを対向する端面に略対称に配置するよう記載しているが、表面波伝送線路に対する高周波電力供給部の位置はその他の位置でも構わない。
【００５０】
また、図４の高周波加熱装置２００では、２つの高周波電力供給部２３０ａおよび２３０ｂのそれぞれに対応した２つの高周波電力発生部２２０ａおよび２２０ｂを備えるよう記載しているが、図示はしないが、１つの高周波電力発生部の出力をウィルキンソンカップラーやハイブリッドカップラーなどの電力分配器により分配して、２つの高周波電力供給部２３０ａおよび２３０ｂを介して表面波伝送線路２１１に供給してもよい。
【００５１】
以上、本発明に係る高周波加熱装置について、各実施形態に基づき説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、表面波伝送線路に高周波電力を供給することにより被加熱物を加熱処理する高周波加熱装置において、効率の良い高周波電力供給部を構成することができると共に、１つの表面波伝送線路の加熱部の面積を大きくすることができ、１つの表面波伝送線路で加熱できる被加熱物の大きさや置き位置、数量等の制約を極力小さくすることができるため、マイクロ波加熱機などの調理家電等として有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１００、２００  高周波加熱装置
１０１  設置台
１０２  被加熱物
１１０，２１０  加熱部
１１１，２１１  表面波伝送線路
１２０，２２０ａ，２２０ｂ  高周波電力発生部
１２１  マグネトロン
１３０，２３０ａ，２３０ｂ  高周波電力供給部
１３１  方形導波管
【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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