(57)【要約】【課題】より効率的に加熱できる回転アンテナを備えた高周波加熱装置を提供する。【解決手段】加熱室に設けられた被加熱物載置板と、被加熱物載置板の下方に設けられた高周波供給室と、マグネトロンと、マグネトロンを取り付ける導波管と、導波管に導かれたマイクロ波エネルギーを放射する結合穴と、結合穴を貫通した内導体と、内導体の一端に略水平に連結され、前記加熱室側を凸にしたパラボラアンテナ状かつ金属製円板の回転アンテナと、内導体の導波管内で連結された誘電体軸と、誘電体軸を回転駆動する駆動部を備え、回転アンテナには、第１のスリットと第２のスリットが設けられており、第１のスリットの中心と回転アンテナ中心０を結ぶ線分Ｌ1、第２のスリット中心と回転アンテナ中心０を結ぶ線分Ｌ2としたとき、線分Ｌ1と線分Ｌ2が略直行し、線分Ｌ1と線分Ｌ2の長さの差（Ｌ2−Ｌ1）がマイクロ波の波長の約１／２である高周波加熱装置。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を収容する加熱室と、
該加熱室の底面に設けられた誘電体からなる被加熱物載置板と、
該被加熱物載置板の下方で前記加熱室の底面中央部に設けられた高周波供給室と、
マイクロ波エネルギーを発生するマグネトロンと、
該マグネトロンを取り付ける導波管と、
該導波管に導かれたマイクロ波エネルギーを前記高周波供給室に放射するために高周波供給室底面略中央部に設けられた結合穴と、
該結合穴を貫通して前記高周波供給室内へ略垂直に臨んで設けられた内導体と、
該内導体の一端の前記高周波供給室内に略水平に連結され、前記加熱室側を凸にしたパラボラアンテナ状かつ金属性の回転アンテナと、
前記内導体の前記導波管内で連結された誘電体軸と、
該誘電体軸を回転駆動する駆動部を備え、
前記回転アンテナには、第１のスリットと第２のスリットが設けられており、
前記第１のスリットの中心と回転アンテナ中心０を結ぶ線分Ｌ1、前記第２のスリット中心と回転アンテナ中心０を結ぶ線分Ｌ2としたとき、
線分Ｌ1と線分Ｌ2が略直行し、線分Ｌ1と線分Ｌ2の長さの差（Ｌ2−Ｌ1）が前記マグネトロンから供給されるマイクロ波の波長の約１／２であることを特徴とする高周波加熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載の高周波加熱装置において、
前記第１のスリットおよび前記第２のスリットは弧状のスリットであり、
各スロットの弧の中心は、前記回転アンテナの中心方向にあることを特徴とする高周波加熱装置。
【請求項３】
請求項２に記載の高周波加熱装置において、
更に、前記第２のスリットから前記回転アンテナの中心に向かう第３のスリットが設けられていることを特徴とする高周波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転アンテナを用いてマイクロ波エネルギーを加熱室内に放射し、食品などを高周波加熱する高周波加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の高周波加熱装置として、加熱室の底面に固着された誘電体からなる載置棚を備え、加熱室天井中央部に設けた導波管の励振口と導波管の励振口部分に回転導波管を備え、導波管により導かれるマイクロ波エネルギーを回転導波管に導き回転導波管に設けられた回転導波管軸方向に垂直なスリットと平行なスリットよりマイクロ波を加熱室内に放射し、載置棚に載置された食品などを高周波加熱するものがある（特許文献１、特に第１図）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−２９４７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された高周波加熱装置では、回転導波管の構造が一般的な導波管のように矩形型構造でなく加熱室天井壁面と対向する回転導波管の長辺面が除去され、しかも、加熱室天井壁面間と隙間を持たせた構造となっている。このため、マグネトロンからのマイクロ波の大部分は導波管の励振口に近い上記加熱室天井壁面と回転導波管の隙間から四方八方に放射され、導波管を伝送されたほんの一部のみが回転導波管に結合される。
【０００５】
また、一部のマイクロ波が回転導波管に結合されて回転導波管の管軸方向に伝送されていたとしても、マイクロ波の進行方向に垂直な平面で水平方向に電界成分を一つもち、垂直方向には電界成分もたない、磁界成分のみがマイクロ波進行方向に存在するマイクロ波の伝送姿態であるＴＥ１０モードをもつ回転導波管において、回転導波管の食品と対向して設けられている長辺管壁面中心上で、回転導波管の管軸方向に平行にスリットを設けた従来技術では、上記スリットの幅Ｗが長さＬに比べて十分小さい。このため、回転導波管の壁面を管軸方向に流れる高周波電流を殆ど切ることがないので、このスリットからはマイクロ波放射されない。
【０００６】
したがって、回転導波管にわずかに結合されたマイクロ波は、上記回転導波管の管軸方向と垂直に設け、管軸方向に流れる高周波電流を切ることができるもう一つのスリットからのみ食品に放射されるだけである。
【０００７】
このため、食品が効率的に加熱されず、また、回転導波管を回転させるための回転軸は、上記回転導波管の一端に設置されているので回転時にぶれを生じ、加熱室天井面と接触してスパークを発生したり、衝突音、こすれ音が発生したりするなどの問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の高周波加熱装置では、被加熱物を収容する加熱室と、該加熱室の底面に設けられた誘電体からなる被加熱物載置板と、該被加熱物載置板の下方で前記加熱室の底面中央部に設けられた高周波供給室と、マイクロ波エネルギーを発生するマグネトロンと、該マグネトロンを取り付ける導波管と、該導波管に導かれたマイクロ波エネルギーを前記高周波供給室に放射するために高周波供給室底面略中央部に設けられた結合穴と、該結合穴を貫通して前記高周波供給室内へ略垂直に臨んで設けられた内導体と、該内導体の一端の前記高周波供給室内に略水平に連結された金属製円板の回転アンテナと、前記内導体の前記導波管内で連結された誘電体軸と、該誘電体軸を回転駆動する駆動部を備え、前記回転アンテナには、第１のスリットと第２のスリットが設けられており、前記第１のスリットの中心と回転アンテナ中心０を結ぶ線分Ｌ1、前記第２のスリット中心と回転アンテナ中心０を結ぶ線分Ｌ2としたとき、線分Ｌ1と線分Ｌ2が略直行し、線分Ｌ1と線分Ｌ2の長さの差（Ｌ2−Ｌ1）が前記マグネトロンから供給されるマイクロ波の波長の約１／２であることとした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の高周波加熱装置を用いると、結合穴と内導体で同軸モードで結合されたマイクロ波エネルギーは、回転アンテナと高周波供給室底面で挟まれた空間を回転アンテナの中心から外周囲に向かって放射状に球面波として伝送され、効率的に食品を加熱することができる。また、第１のスリットでの電界ベクトルと第２のスリットでの電界ベクトルが逆相であっても電界強度が弱まったり、打ち消されることはなく被加熱物の加熱が促進される。さらに、回転アンテナは円板で円板の中心０に回転軸があるために、ぶれが緩和され安定した回転を維持することができ、加熱室天井面と接触してスパークの発生、衝突音、こすれ音が発生するなどの問題がない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の高周波加熱装置の要部縦断面図である。
【図２】実施例１の回転アンテナの平面図および断面図である。
【図３】実施例１の回転アンテナの加熱特性の改善効果を示す解析結果図である。
【図４】実施例２の回転アンテナの平面図および側面図である。
【図５】実施例３の回転アンテナの平面図および側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を図１〜図５を参照して説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は実施例１の高周波加熱装置の要部縦断面図で、１は被加熱物を収容する加熱室である。２は被加熱物載置板で、加熱室１の底面に固着され誘電体からなり、例えば結晶化ガラスで構成され被加熱物を載置する。３は高周波供給室で、被加熱物載置板２の下方で前記加熱室１の底面略中央部に設けられている。４はマイクロ波エネルギーを発生させるマグネトロンである。５は導波管で、一端にはマグネトロン４が取り付けられており、他端はマグネトロン４から発生したマイクロ波エネルギーを高周波供給室３に導くように該高周波供給室３に連通されている。６は結合穴で、高周波供給室３の底面略中央部に設けられ、導波管５を高周波供給室３に連通させる。マグネトロン４で発生したマイクロ波エネルギーは結合穴６を通して高周波供給室３に放射される。７は結合穴６内に設けられる内導体で、結合穴６を貫通して設けられ、導波管５から高周波供給室３内へ略垂直に臨んで設けられている。８は加熱室１側を凸にしたパラボラアンテナ状の回転アンテナで、本実施例ではアルミニウム等の良導電性金属製の円板で構成され、中心部を内導体７の一端に略水平に連結されている。９は誘電体軸で、内導体７と導波管５内で連結され、誘電体軸９の他端は導波管５に開けられた穴１０を通して導波管５の下部に設けられた駆動部１１に連結され、回転アンテナ８は駆動部１１により回転自在となっている。１２は被加熱物載置板２に載置された被加熱物である。そして、マグネトロン４で発生したマイクロ波エネルギーは導波管５に導かれ、結合穴６を貫通する内導体７との同軸モード結合により高周波供給室３に伝播され、さらに、高周波供給室３内では伝播されたマイクロ波エネルギーは回転アンテナ８に伝播され、回転アンテナ８から被加熱物載置板２を通して加熱室１内に放射される。
【００１３】
図２は実施例１の回転アンテナ８の平面図および断面図で、本実施例では直径２２０mmの円板で構成されている。この回転アンテナ８上に、スリット幅ＷA、スリット長さＬAのスリットＡ（８ａ）と、スリット幅ＷB、スリット長さＬBのスリットＢ（８ｂ）を設ける。スリットＡ（８ａ）、スリットＢ（８ｂ）の各々は長軸が回転アンテナ８の直径と垂直になるように設けられている。ここで、スリットＡの中心と回転アンテナ８の中心０を結ぶ線分をＬ1とし、スリットＢの中心と回転アンテナ８の中心０を結ぶ線分をＬ2とする。そして、２本の線分Ｌ1とＬ2が略直行し、Ｌ1とＬ2の長さの差（Ｌ2−Ｌ1）がマイクロ波の波長約１２０mmの１／２に保たれるようにスリットＡ（８ａ）とスリットＢ（８ｂ）を配置する。図２に示す本実施例では、Ｌ1＝１５〜２０mm、Ｌ2＝７５〜８０mmに設定し、（Ｌ2−Ｌ1）＝５５〜６５mm（好ましくは６０mm）とした。つまり、（Ｌ2−Ｌ1）がマイクロ波の波長λ１２０mmの４６〜５４％程度となるように、両スリットを配置した。また、スリット長さＬA、ＬBを６１mmとし、スリット幅ＷA、ＷBを１０mmとした。なお、スリット幅ＷA、ＷBは同一の幅でもよく、異なった幅でもよい。実用上スリット幅ＷA、ＷBは、スリットにマイクロ波が結合された時の耐スパーク性などを考慮してＷA、ＷB＝５〜１５mmに選んでいる。なお、本実施例では、回転アンテナ８の高さを１０mmとしているが、５〜１０mmの範囲であれば、任意の高さを選択してよい。
【００１４】
次に、以上の構成による作用を説明する。
【００１５】
実施例１の回転アンテナ８では、結合穴６と内導体７で同軸モード結合されたマイクロ波エネルギーは、回転アンテナ８と高周波供給室３底面で挟まれ空間を回転アンテナ８の中心から回転アンテナ８外周囲に向かって放射状に球面波として伝送される。本実施例では、２線分の長さの差（Ｌ2−Ｌ1）を供給されるマイクロ波の波長のおよそ１／２に選んでいるので、スリットＡ（８ａ）で電界強度が最大で結合した場合に、１／２波長離れたスリットＢ（８ｂ）では逆相の最大電界が結合される。
【００１６】
また、スリットＡ（８ａ）、スリットＢ（８ｂ）は長軸が互いに直角に配置されるために、スリットＡ（８ａ）とスリットＢ（８ｂ）から放射されるマイクロ波エネルギーの電界ベクトルは９０°回転した状態で加熱室１内の被加熱物１２に放射される。したがって、スリットＡ（８ａ）、スリットＢ（８ｂ）での電界ベクトルが逆相であっても電界強度が弱まったり、打ち消されたりすることはなく、被加熱物１２が効率よく加熱される。
【００１７】
さらに、回転アンテナ８の形状をパラボラアンテナ状としたので、回転アンテナの放射角を非加熱物である水のブリュースタ角に近づけることができるという効果がある。すなわち回転アンテナ８の形状をパラボラアンテナ状としたことで、回転アンテナの放射角が水負荷のブリュースタ角７０度〜８０度前後（水の被誘電率で異なる）に近づき反射波が小さくなるので放射したマイクロ波エネルギーの大部分が非加熱物である水に吸収され加熱効率が向上する（水に入射するマイクロ波の入射角度がブリュースタ角に等しくなると反射波がなくなり水に放射したマイクロ波がすべて水に吸収されるようになる。アンテナの放射角度と水の入射角度は幾何学的には錯角の関係にあり、例えばアンテナの放射角が７０度ならば水へのマイクロ波の入射角度も７０度となる。）。
【００１８】
次に、図３を用いて、本実施例の回転アンテナ８による加熱特性の改善効果を説明する。２線分の長さの差（Ｌ2−Ｌ1）と加熱特性の関係を調べるため、５００mlの耐熱性ビーカに入れた１２５ml、２８５mlの水負荷を被加熱物１２として被加熱物載置板２に載置し、（Ｌ2−Ｌ1）を変化させた場合に、被加熱物１２に吸収される電力を電磁解析手法で解析し、この解析結果を図３に示す。
【００１９】
解析は、Ｌ1を１５mmに固定し、Ｌ2を変化させて、（Ｌ2−Ｌ1）をλ／４（４０mm）、３λ／８（４５mm）、λ／２（６０mm）、５λ／８（７５mm）とすることで行った。ここで、λは供給されるマイクロ波の波長（≒１２０mm）である。図３からも明らかなように、水負荷１２５ml、２８５mlとも、（Ｌ2−Ｌ1）がλ／２で最大の吸収電力値となることがわかる。このことからも、図２に示した本実施例の回転アンテナ８の加熱特性が良いことが確認でき、この回転アンテナ８を用いた本実施例の高周波加熱装置では、加熱室１内に高周波エネルギーが効率よく導入され、被加熱物１２が短時間で加熱することができる。
【００２０】
以上で説明したように、本実施例の高周波加熱装置によれば、２線分の差（Ｌ2−Ｌ1）を供給されるマイクロ波の波長のおよそ１／２としたので、結合穴６と内導体７で同軸モード結合されたマイクロ波エネルギーが、回転アンテナ８と高周波供給室３底面で挟まれ空間を回転アンテナ８の中心から外周囲に向かって放射状に球面波として伝送される。また、スリットＡ（８ａ）、スリットＢ（８ｂ）での電界ベクトルが逆相であっても電界強度が弱まったり、打ち消されたりすることはない。しかも回転アンテナ８の形状をパラボラアンテナ状としたので、回転アンテナの放射角を非加熱物である水のブリュースタ角に近づけることができるので効率よく被加熱物１２を加熱できる。さらに、回転アンテナ８は円板で円板の中心０に回転軸があるために、ぶれが緩和され安定した回転を維持することができ、加熱室天井面と接触してスパークの発生、衝突音、こすれ音が発生するなどの問題がない。
【実施例２】
【００２１】
次に、図４を用いて実施例２の高周波加熱装置を説明する。なお、実施例１と同等の構成については説明を省略することとする。
【００２２】
実施例２の高周波加熱装置は、実施例１の回転アンテナ８に更にスリットを追加した実施例で、図４（ａ）は１個のスリットＡ（８ａ）と２個のスリットＢ（８ｂ）を設け、図４（ｂ）は２個のスリットＡ（８ａ）と２個のスリットＢ（８ｂ）を設けたものである。
【００２３】
図４（ａ）は、実施例１の回転アンテナ８に更にスリットＢ（８ｂ）を設け、回転アンテナ８を挟んで二つのスリットＢ（８ｂ）を対称に設けたものである。この構成では、図２の回転アンテナ８と同様の効果を得ることができるのに加え、２個のスリットＢ（８ｂ）は回転アンテナ８の中心からの距離Ｌ2が等しいので２個のスリットＢ（８ｂ）でのマイクロ波は同相で電界ベクトルも同じ向きとなるので、互いに打ち消すことがなく、それぞれの電界ベクトルが合成され強めあって放射されるという利点もある。
【００２４】
図４（ｂ）は、図４（ａ）の回転アンテナ８に更にスリットＡ（８ａ）を設け、回転アンテナ８を挟んで二つのスリットＡ（８ａ）を対称に設けたものである。この構成では、図４（ａ）の回転アンテナ８と同様の効果を得ることができるのに加え、回転アンテナ８の中心０に対称となる二組のスリットを設けたので、同相で電界ベクトルが同じ向きのものが２組となり、図４（ａ）の回転アンテナ８を用いた場合よりも更に大きな電界強度のマイクロ波エネルギーが得られるという利点があり、加熱スピード高速化が期待できる。
【実施例３】
【００２５】
図５を用いて実施例３の高周波加熱装置を説明する。なお、実施例１と同等の構成については説明を省略することとする。
【００２６】
実施例３の高周波加熱装置は、実施例２の図４（ａ）の回転アンテナ８の各スリットを弧状とするとともに、スリットＢから中心０に向かう弧状のスリットＣ（８ｃ）と、回転アンテナ８の中心０を挟むようにスリットＡの反対側に設けられたスリットＤ（８ｄ）を設けた実施例である。
【００２７】
回転アンテナ８を実用化するには加熱効率のみならず、被加熱物１２に加熱むらが発生しないようにすることが求められる。そのため、図５の回転アンテナ８では、加熱むらを改善するために新たにスリットＣ（８ｃ）とスリットＤ（８ｄ）を設けて、加熱効率改善に加えて均一加熱を図った回転アンテナ８としている。
【００２８】
この実施例では、スリットＡ８ａとスリットＢ８ｂは長方形のスリットでなく、回転アンテナ８の中心０方向に中心を持った弧状スリットで構成されている。この理由は、結合穴６と内導体７で同軸モード結合されたマイクロ波エネルギーは、回転アンテナ８と高周波供給室３底面で挟まれ空間を回転アンテナ８の中心から外周囲に向かって放射状に球面波として伝送されるので、スリットを弧状にすることによりスリット長さ方向各部で等しいマイクロ波エネルギーの結合が期待される。すなわち、図２や図４の実施例では長方形状のスリットであったので、回転アンテナ８中心部０からのスリット幅Ｗまでの距離はスリットの中心から端に移動するに伴って長くなり、スリットの中心で最大の電界強度が結合するが端部はそれよりも弱い電界強度のマイクロ波エネルギーが結合することになるが、図５の実施例ではスリットを弧状スリットにすることでスリットの何れの位置に置いても同じ電界強度のマイクロ波エネルギーを結合させることができる。
【００２９】
なお、スリットＣを設けることで、スリットＢの放射電力を調整できるという効果があり、スリットＤを設けることで、加熱むらを抑制できるという効果がある。
【符号の説明】
【００３０】
１  加熱室
２  被加熱物載置板
３  高周波供給室
４  マグネトロン
５  導波管
６  結合穴
７  内導体
８  回転アンテナ
８ａ  スリットＡ
８ｂ  スリットＢ
８ｃ  スリットＣ
８ｄ  スリットＤ
９  誘電体軸
１１  駆動部
【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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