(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を前記加熱室に導く導波管と、前記加熱室と前記導波管との結合孔に加熱室壁面に対して垂直方向に貫通して設けた垂直軸素子とこの垂直軸素子に垂直に接合された水平素子からなるアンテナとを備え、前記アンテナの垂直軸素子の中心軸をＺ軸とし、このＺ軸に垂直なＸ−Ｙ平面上に水平素子が来る座標軸を設定した時、前記アンテナの水平素子は供給されたマイクロ波によりＸ−Ｙ平面方向に面状の共振電流を流すことでＺ軸方向に強い放射指向性を持たせ、前記アンテナからのマイクロ波による加熱が前記加熱室の壁面に反射するマイクロ波による加熱より強くなるように構成した電子レンジ。
【請求項２】
被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を前記加熱室に導く導波管と、前記加熱室と前記導波管との結合孔に加熱室壁面に対して垂直方向に貫通して設けた垂直軸素子とこの垂直軸素子に垂直に接合された水平素子からなるアンテナとを備え、前記アンテナの垂直軸素子の中心軸をＺ軸とし、このＺ軸に垂直なＸ―Ｙ平面上に水平素子が来る座標軸を設定した時、前記アンテナの水平素子はＸ軸に対して略左右対称でＸ軸方向に略１／２波長、Ｙ軸方向に略１／４波長から３／４波長の幅を有する矩形の平板とすることでＺ軸方向に強い放射指向性を持たせ、前記アンテナからのマイクロ波による加熱が前記加熱室の壁面に反射するマイクロ波による加熱より強くなるように構成した電子レンジ。
【請求項３】
被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を前記加熱室に導く導波管と、前記加熱室と前記導波管との結合孔に加熱室壁面に対して垂直方向に貫通して設けた垂直軸素子とこの垂直軸素子に垂直に接合された水平素子からなるアンテナとを備え、前記アンテナの垂直軸素子の中心軸をＺ軸とし、このＺ軸に垂直なＸ―Ｙ平面上に水平素子が来る座標軸を設定した時、前記アンテナの水平素子は直径が略１／２波長の略円形の平板とすることでＺ軸方向に強い放射指向性を持たせ、前記アンテナからのマイクロ波による加熱が前記加熱室の壁面に反射するマイクロ波による加熱より強くなるように構成した電子レンジ。
【請求項４】
アンテナの垂直軸素子の加熱室壁面からの出寸法を１／１０波長から１／１００波長とすることでＺ軸方向に強い放射指向性を持たせ、前記アンテナからのマイクロ波による加熱が前記加熱室の壁面に反射するマイクロ波による加熱より強くなるように設定した請求項１ないし３のいずれか１項記載の電子レンジ。
【請求項５】
アンテナを垂直軸素子の中心軸を中心に回転する構成とした請求項１ないし３のいずれか１項記載の電子レンジ。
【請求項６】
加熱室と導波管との結合孔を加熱室の天井面に設け、被加熱物を載置する回転テーブルを加熱室底部に設けた請求項１ないし３のいずれか１項記載の電子レンジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子レンジにかかり特にマイクロ波を導波管から加熱室内に導くアンテナの構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１に示す様な、被加熱物２を収納する加熱室３と、２４５０ＭＨｚのマイクロ波を前記加熱室に導く導波管４と、前記加熱室３と前記導波管４との結合孔５に加熱室天井壁面３ａに対して垂直方向に貫通して設けた垂直軸素子とこの垂直軸素子に垂直に接合された水平素子からなるアンテナ６とを備えた電子レンジにおいて、従来は前記アンテナ６の垂直軸素子６ａの加熱室壁面からの出寸法ｈは略１／８波長の１５ｍｍ前後、水平素子は長さｌが略１波長の１２０ｍｍ前後、巾ｗが略１／５波長の２４ｍｍ前後の帯状に構成さるのが一般的であった。この従来の電子レンジの要部断面図を図１２（ａ）に、アンテナの平面図を図１２（ｂ）にを示す。
【０００３】
そして上記従来の電子レンジのアンテナ６は水平素子６ｂが長さ略１波長の帯状線路のためこの水平素子６ｂには大きい共振電流が励起される。しかしこうした構成の場合、図１２（ｃ）に等価回路を示す様に、水平素子６ｂのイメージ線路６ｃが接地面である加熱室壁面の反対側に形成され、平行２線の線路と同等になり、このイメージ線路６ｃに大きさが同じで方向が逆向きの電流が誘導されることが知られている。このため、両者の作る電磁界は相互にキャンセルされ、この水平素子６ｂに流れる電流により放射されるマイクロ波は流れる電流に比較して小さな物になる。
【０００４】
一方、垂直素子６ａは加熱室天井壁面３ａからの出寸法ｈが略１／８波長で、一般にユニポールアンテナとしての最適長である１／４波長の半分の長さがあり十分ユニポールアンテナとしての放射特性を有しており、垂直素子６ａに対して垂直平面である天井壁面に沿ってマイクロ波を強く放射するようになっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の電子レンジの構成では、アンテナの配置された加熱室天井壁面に沿って放射されるマイクロ波が強いため、被加熱物は主に周囲の加熱室側壁で反射され周囲から中央に向かって伝搬するマイクロ波で加熱されることとなる。一般に食品等の被加熱物は水分を多く含み、マイクロ波に対する減衰率は大きいので、周囲から進入したマイクロ波は中心に向かうとともに減衰し、中心部が加熱されにくいと言う課題があった。特にこの課題は、ピザやお好み焼きと言った扁平な食品に顕著に発生した。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を前記加熱室に導く導波管と、前記加熱室と前記導波管との結合孔に加熱室壁面に対して垂直方向に貫通して設けた垂直軸素子とこの垂直軸素子に垂直に接合された水平素子からなるアンテナとを備え、前記アンテナの垂直軸素子からの放射を抑制する一方、水平素子からの放射をより大きくすることで、天井壁面の垂直方向に強い放射指向性を前記アンテナに持たせたものである。
【０００７】
上記発明によればアンテナの配置された加熱室天井壁面に対し垂直に放射されるマイクロ波が強いため、被加熱物は中央付近を中心にアンテナから直接放射されるマイクロ波で加熱される割合が増大する。一方、周囲の加熱室側壁で反射され周囲から中央に向かって伝搬するマイクロ波で加熱される割合は小さくなる。その結果、従来の構成では、加熱され難かった被加熱物の中央部も十分加熱され、ピザやお好み焼きと言った偏平形状の被加熱物も十分その中心部を含めて均一に加熱することが出来る。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の電子レンジは被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を前記加熱室に導く導波管と、前記加熱室と前記導波管との結合孔に加熱室壁面に対して垂直方向に貫通して設けた垂直軸素子とこの垂直軸素子に垂直に接合された水平素子からなるアンテナとを備え、前記アンテナの垂直軸素子の中心軸をＺ軸とし、このＺ軸に垂直なＸ−Ｙ平面上に水平素子が来る座標軸を設定した時、前記アンテナの水平素子は供給されたマイクロ波によりＸ−Ｙ平面方向に面状の共振電流を流すことでＺ軸方向に強い放射指向性を持たせ、前記アンテナからのマイクロ波による加熱が前記加熱室の壁面に反射するマイクロ波による加熱より強くなるように構成した。
【０００９】
そして、水平素子に対して垂直方向に強い指向性を有するため、被加熱物の中央部も充分に加熱することができる。
【００１０】
また、被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を前記加熱室に導く導波管と、前記加熱室と前記導波管との結合孔に加熱室壁面に対して垂直方向に貫通して設けた垂直軸素子とこの垂直軸素子に垂直に接合された水平素子からなるアンテナとを備え、前記アンテナの垂直軸素子の中心軸をＺ軸とし、このＺ軸に垂直なＸ―Ｙ平面上に水平素子が来る座標軸を設定した時、前記アンテナの水平素子はＸ軸に対して略左右対称でＸ軸方向に略１／２波長、Ｙ軸方向に略１／４波長から３／４波長の幅を有する矩形の平板とすることでＺ軸方向に強い放射指向性を持たせ、前記アンテナからのマイクロ波による加熱が前記加熱室の壁面に反射するマイクロ波による加熱より強くなるように構成した。
【００１１】
そして、水平素子が基本モードで共振して面状の共振電流を流すため、水平素子に対して垂直方向に強い指向性を有する放射を発生することができる。
【００１２】
また、被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を前記加熱室に導く導波管と、前記加熱室と前記導波管との結合孔に加熱室壁面に対して垂直方向に貫通して設けた垂直軸素子とこの垂直軸素子に垂直に接合された水平素子からなるアンテナとを備え、前記アンテナの垂直軸素子の中心軸をＺ軸とし、このＺ軸に垂直なＸ―Ｙ平面上に水平素子が来る座標軸を設定した時、前記アンテナの水平素子は直径が略１／２波長の略円形の平板とすることでＺ軸方向に強い放射指向性を持たせ、前記アンテナからのマイクロ波による加熱が前記加熱室の壁面に反射するマイクロ波による加熱より強くなるように構成した。
【００１３】
そして、水平素子が基本モードで共振して面状の共振電流を流すため、水平素子に対して垂直方向に強い指向性を有する放射を発生することができる。
【００１４】
また、アンテナの垂直軸素子の加熱室壁面からの出寸法を１／１０波長から１／１００波長とし、望ましくは約１／２０波長とする。
【００１５】
そして、この長さは一般にユニポールアンテナとしての最適長である１／４波長に比べ、又従来広く用いられている水平素子付きアンテナの垂直軸素子の長さ１／８波長すなわち約１５ｍｍに比しても十分短く設定されているので、この垂直軸素子６ａから主に水平方向に放射されるマイクロ波の強度は従来構成のものに比して大幅に小さくすることができる。
【００１６】
また、アンテナを垂直軸素子の中心軸を中心に回転する構成としたものである。
そして、被加熱物の加熱を中央と周辺さらには円周上も均一に加熱可能としたものである。
【００１７】
また、加熱室と導波管との結合孔を加熱室天井壁面に設け、被加熱物を載置する回転テーブルを加熱室底部に設けたものである。
【００１８】
そして、ターンテーブルの回転軸とアンテナの垂直軸素子の中心軸との距離を選択することで、アンテナの放射パターンを変えずに加熱パターンの中心と周囲のバランスを変えることが可能となる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１は実施例１の主要部分の構成を示す縦断面図、図２は同実施例１の要部の縦断面図、図３は同実施例１のアンテナの平面図である。
【００２１】
図１〜図３において、１はマイクロ波を発生するマグネトロン、２はマイクロ波で加熱される被加熱物、３は被加熱物２を収納する加熱室、４はマグネトロン１で発生したマイクロ波を加熱室３へ導く導波管、５は導波管４壁面と加熱室３壁面を貫通して設けた結合孔、７ａは結合孔５に貫通して設けた垂直軸素子、７ｂは垂直軸素子７ａに垂直に接合された水平素子で、垂直軸素子７ａと水平素子７ｂとでアンテナ７を形成している。前記アンテナ７の垂直軸素子７ａの加熱室壁面からの出寸法ｈは１／１０波長から１／１００波長とし、望ましくは略１／２０波長となっている。また前記アンテナ７の水平素子７ｂは前記アンテナ７の垂直軸素子７ａの中心軸をＺ軸としこのＺ軸に垂直なＸ―Ｙ平面上に水平素子７ｂが来る座標軸を設定した時、前記水平素子７ｂはＸ軸に対して略左右対称でＸ軸方向の長さｌを略１／２波長、Ｙ軸方向の幅ｗを略１／４波長から３／４波長とする矩形の平板で、望ましくは一辺が５３ｍｍの正方形の平板である。
【００２２】
次に動作、作用について説明する。まずアンテナ７の垂直軸素子７ａは接地面に当たる加熱室壁から６ｍｍ，波長にして略１／２０波長ぶん加熱室内に突き出して設けられているが、この長さは一般にユニポールアンテナとしての最適長である１／４波長に比べ、又従来広く用いられている水平素子付きアンテナの垂直軸素子の長さ１／８波長すなわち約１５ｍｍに比しても十分短く設定されているので、この垂直軸素子７ａから放射されるマイクロ波の強度は従来構成のものに比して大幅に小さくなる。
【００２３】
一般に電気工学の教えるところによれば、送電線から放射される電磁波が、無視出来るか出来ないかの目安になるのは、２本の導体の間隔が１／１０波長から１／１００波長の間にあり、間隔が１／１０波長ではよく放射され、１／１００波長になると電磁波の放射は無視できる位のレベルになると言われている。本発明の場合、垂直軸素子７ａがユニポールアンテナに相当する放射機能をどの程度発揮するかは、垂直軸素子７ａの接地面として機能する天井壁面３ａからの出寸法ｈで決まり、やはり１／１０波長以上ではその放射機能が大きく、アンテナの接地面である壁面方向への指向強度を抑えることは困難である。一方、１／１００波長まで小さくなると、水平素子と接地面である天井壁面との距離が小さくなり過ぎ、水平素子と壁面との間に生ずるマイクロ波電界により放電が発生したり、僅かな変形、歪みで水平素子が壁面に接触したりするトラブルが発生するため１／１００波長程度が限界である。指向性としての性能と、構成上の合理性を勘案すると１／２０波長前後が最も適切な長さとなるが、これは加熱室３の寸法、また被加熱物２の形状、材料など要求されるアンテナ７の指向特性により異なることは言うまでもない 。
【００２４】
一方、前記垂直軸素子７ａに接合されている水平素子７ｂは一辺が約５３ｍｍの電気良導体の金属板で構成されており、垂直軸素子７ａは水平素子７ｂの中心から略１９ｍｍの位置で接合されている。水平素子７ｂには導波管から導かれたマイクロ波がこの垂直軸素子７ａを介して導かれる。水平素子７ｂと接地面である加熱室壁面３ａとの距離ｈが例えば略１ｍｍ以下すなわち垂直軸素子７ａからの放射はほとんど無視できるほど小さければ、水平素子７ｂは一辺が略１／２波長で共振して基本モードであるＴＭ１００波が正確に励振される。図４はこの水平素子７ｂにＴＭ１００波が励振されたときに流れる電流により発生する磁力線を示したものである。しかし本実施例の場合、垂直軸素子は６ｍｍに設定されているので、共振のＱが大幅に低下し、ＴＭ１００モードの共振がくずれ、ｙ軸方向の電流成分が発生して共振周波数が低下するものと推定される。このため本実施例の場合、１／２波長の６０ｍｍより若干短い一辺５３ｍｍの正方形の水平素子７ｂで共振し、この共振電流によりｚ軸方向に最大値をもつ単向性の放射パターンを発生することになる。
【００２５】
従来の帯状の水平素子６ｂではＺ軸方向に強い放射特性が生じず、本発明の構成である矩形平板の水平素子７ｂでそれが生ずる理由は、水平素子７ｂに面状の共振電流が流れることで、イメージ電流によりキャンセルされない磁流が水平素子７ｂの端部にＹ軸方向に発生するためであることはマイクロ波工学の教えるところである。
【００２６】
このアンテナ７の放射パターンを従来例のアンテナ６の放射パターンと比較したのが図５ある。その特徴を最もよく示すｚ−ｙ断面での放射パターンを図示している。図５（ｂ）に示す本発明の構成よりなるアンテナ７の垂直軸素子７ａ方向への放射強度は、図５（ａ）に示す従来例のアンテナ６の垂直軸素子６ａの方向に対する放射強度に比較して８ｄＢすなわち６倍以上大きくなりその分は周辺方向に対する放射強度が弱くなっていることがわかる。
【００２７】
ＴＭ１００波で励振される矩形の水平素子７ｂの場合、正方形が最も一般的であるが、水平素子は横幅すなわちＹ軸方向の幅が違っても基本的にはその共振周波数が若干変化するだけである。このため１／４波長から３／４波長程度の範囲までは十分本発明の機能を発揮する特性を実現する水平素子を構成する事が出来る。
【００２８】
以上説明の通り、本実施例１のアンテナ７は天井壁面３ａから被加熱物２に向かって垂直下方に向かって放射されるマイクロ波が強力で、被加熱物２は主に中央から周辺にかけてアンテナから直接放射されるマイクロ波で加熱される一方、周囲の加熱室側壁３ｂで反射され周囲から中央に向かって伝搬するマイクロ波で加熱される割合は小さくなる。
【００２９】
図６は上述の加熱のメカニズムを説明するために加熱室３内の電界強度パターンのイメージを示したものである。従来例の場合には天井壁面３ａに沿って伝搬する半波長ダイポールの放射特性に近い垂直軸素子６ａを主体とした放射が壁面に反射して伝搬するパターンＡによる加熱が優勢で被加熱物２の周辺が強く加熱されるのに対し、本発明の構成によるアンテナ７の場合、水平素子７ｂからの垂直下方に向かって放射される強度が強くなるのでパターンＢが優勢になり、被加熱物２の中心部が十分加熱されることを理解することが出来る。
【００３０】
その結果、従来の構成では、加熱され難かった被加熱物２の中央部も十分加熱され、ピザやお好み焼きと言った偏平形状の食品も十分その中心部を含めて均一に加熱することが出来る。
【００３１】
図７は上述の加熱分布に対する本発明の効果の様子を具体的に説明するために冷凍の円盤状のピザを解凍加熱した時の温度分布を中心を通る互いに直行するｘ、ｙ軸上で測定比較したものである。従来例のアンテナ６の場合は図７（ｂ）に、本発明によるアンテナ構成の場合は図７（ａ）に示す様な加熱分布となり、その差は明らかである。
【００３２】
また、上記実施例では、垂直軸素子７ａの出寸法ｈと水平素子７ｂの寸法形状の両方についての発明が適用されているが、水平素子７ｂだけ、あるいは垂直軸素子７ａのみでも対応する効果が発揮されることは言うまでもない。
【００３３】
（実施例２）
図８は実施例２の要部の縦断面図、図９は実施例２のアンテナの平面図である。
【００３４】
本実施例２において、実施例１と異なる点はアンテナ７の水平素子７ａを直径が略６２ｍｍの略円形の電気良導体の金属板で構成した点である。垂直軸素子７ａは水平素子７ｂの中心から略１９ｍｍの位置で接合されている。
【００３５】
なお、アンテナ７の水平素子７ｂ以外は実施例１と同一構造を有し、説明は省略
する。
【００３６】
水平素子７ｂは共振してＴＭ１１０モードを生じる。円形の水平素子７ｂの場合、基本モードの励振される共振周波数は直径をｃとするとｃ＝０．５８波長で求められることが知られている。本実施例の場合も実施例１の場合と同様、垂直軸素子の接地面からの出寸法は６ｍｍに設定されているので、共振のＱが大幅に低下する。このため半径６２ｍｍの円形の水平素子７ｂで共振し、この共振電流によりｚ軸方向に最大値をもつ単向性の放射パターンを発生することになる。
【００３７】
ただし、垂直軸素子７ａを含めた共振周波数は、垂直軸素子７ａの長さ、垂直軸素子７ａが接合する水平素子７ｂ上の位置等により変化するため、正確な寸法はこれら寸法形状を含めて最終的に決まるものであることは矩形の場合も、円形の場合にも共通である。
【００３８】
さらに、実施例１、実施例２で述べた水平素子は矩形あるいは円形の場合のみであったが、平面素子が共振状態になるには完全な矩形、円形である必要は無く、例えば楕円形や大きく角をカットあるいは丸くした矩形、またその中間形状など多様な形状の考えられることは言うまでもない。
【００３９】
（実施例３）
図１０は本発明の実施例３の主要部分の構成を示す縦断面図である。本実施例３において、実施例１（または２）と異なる点は、先ずアンテナを回転していないこと、そし被加熱物２を載置する受け皿１０を回転している点である。
【００４０】
なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００４１】
次に動作、作用を説明すると、この方式の場合、アンテナ７を固定して被加熱物２を回転するので当然円周方向の加熱の均一性は実現される。さらに、垂直軸方向に一定以上の放射強度を有するアンテナ７を構成しておけば、ターンテーブル１０の回転軸とアンテナ７の垂直軸素子７ａの中心軸との距離ｕを選択することで、アンテナ７の放射パターンを変えずに加熱パターンの中心と周囲のバランスを変えることが可能となる。さらにアンテナ７の垂直軸素子７ａと導波管４とで構成される結合部が導波管４のマイクロ波の進行方向で垂直軸素子７ａの中心軸に関して対象な電界分布とならないため、アンテナ７を回転しても完全な円対象の電界パターンを実現出来ないのに対し、本発明の構成ではその課題も解消される。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電子レンジは、水平素子が基本モードで共振して面状の共振電流を流すため、水平素子に対して垂直方向に強い指向性を有する放射を発生し、アンテナからのマイクロ波による加熱が前記加熱室の壁面に反射するマイクロ波による加熱より強くなるように構成したから、垂直軸素子と水平素子からなる回転アンテナを用いたものであっても加熱室略中央部を良好に加熱することができる。
【００４３】
また、請求項５にかかる電子レンジは加熱室と導波管との結合孔を加熱室の天井面に設け、被加熱物を載置する回転テーブルを加熱室底部に設けているので  、ターンテーブルの回転軸とアンテナの垂直軸素子の中心軸との距離を選択することで、アンテナの放射パターンを変えずに加熱パターンの中心と周囲のバランスを変えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１における電子レンジの主要部分を示す縦断面図
【図２】  同電子レンジの要部縦断面図
【図３】  同電子レンジのアンテナの平面図
【図４】  同アンテナの水平素子に生ずる磁力線を示す図
【図５】  （ａ）同電子レンジのアンテナの放射パターンを示す図
（ｂ）従来の電子レンジのアンテナの放射パターンを示す図
【図６】  本発明の効果を理解するための加熱メカニズムの説明図
【図７】  （ａ）本発明の一実施例における加熱例を示す図
（ｂ）従来の実施例における加熱例を示す図
【図８】  本発明の実施例２における電子レンジの要部縦断面図
【図９】  同電子レンジのアンテナの平面図
【図１０】  本発明の実施例３における電子レンジの主要部分を示す縦断面図
【図１１】  従来例における電子レンジの主要部分を示す縦断面図
【図１２】  （ａ）同電子レンジの要部縦断面図
（ｂ）同電子レンジのアンテナの平面図
（ｃ）同電子レンジのアンテナの等価回路図
【符号の説明】
３  加熱室
４  導波管
５  結合孔
６、７  アンテナ
６ａ、７ａ  垂直軸素子
６ｂ、７ｂ  水平素子
９  回転テーブル
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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