(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、給電口を介して前記加熱室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、前記給電口とは異なる位置で前記加熱室を形成する少なくとも一つの面に設けた開口部と、前記開口部のインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変手段と、バッテリーと、前記バッテリーの電力を変換して前記マイクロ波供給手段に伝送するインバータと、前記バッテリーに外部電源から電力を充電する充電手段とを有し、インピーダンス可変手段は、開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、溝部内の誘電体と、誘電体を駆動する駆動手段とを有する構成としたマイクロ波加熱装置。
【請求項２】
マイクロ波供給手段、バッテリー、インバータ及び充電手段の少なくとも１つを冷却する冷却ファンを有し、駆動手段は、前記冷却ファンの風力エネルギーの一部または回転エネルギーの一部を用いて誘電体を駆動する構成とした請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項３】
インピーダンス可変手段とバッテリーとを加熱室の同一面側に構成した請求項１または２記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項４】
インピーダンス可変手段とマイクロ波供給手段とを加熱室の同一面側に構成した請求項１ないし３のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項５】
マイクロ波供給手段とバッテリーとを加熱室の同一面側に構成した請求項１ないし４のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波エネルギを発生させて被加熱物を加熱するために、充電可能なバッテリーを用いて電力供給する、卓上用、携帯用あるいは車載用のマイクロ波加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の代表的なマイクロ波加熱装置として電子レンジがある。
【０００３】
まず電子レンジの加熱分布に関する技術について説明する。
【０００４】
電子レンジにおいては、マイクロ波供給手段として、マグネトロンが放射したマイクロ波を導波管を介して加熱室に供給するのが一般的である。被加熱物としての食品は、マイクロ波の電界成分と食品の誘電定数に応じて発熱する。食品の単位体積当たり吸収される電力Ｐ［Ｗ／ｍ＾３］は、加えられる電界の強さＥ［Ｖ／ｍ］、周波数ｆ［Ｈｚ］、および食品の比誘電率εｒ、誘電正接ｔａｎδにより（数１）として表される。
【０００５】
【数１】
0004314659.tif 000002
【０００６】
ここで、加熱室内のマイクロ波は、加熱室の形状と、加熱室と導波管の結合部に形成される給電開口部の位置によって、何らかの定在波を生じる。電子レンジでは、周波数ｆが一定（主として約２４５０MHz）であるから定在波分布も一定となり、食品の加熱分布は概ね定在波分布によって決まるため、定在波分布に従った加熱むらを生じる。
【０００７】
食品が加熱室内に無くて、加熱室が直方体の場合は、加熱室を空胴共振器と考えることができて、加熱室の寸法と給電開口部の位置により、立ちうる定在波分布を求めることができる。通常、加熱室形状を三次元で表し、各方向の寸法をｘ、ｙ、ｚとする時、それぞれの方向に電界の強いところ（定在波の腹）を数えてm、ｎ、ｐだけあれば、そのモードは（mｎｐ）であるという。モードは（数２）を満たすm、ｎ、ｐの組合せとなる。（ｘ、ｙ、ｚはmm単位、m、ｎ、ｐは整数、ｆ＝２４５０MHzの場合は波長λo≒１２２mm）
【０００８】
【数２】
0004314659.tif 000003
【０００９】
たとえばλo＝１２２mmでモード（４３１）をたてようと思えば、（数２）をほぼ満たす寸法のｘ＝３３０mm、ｙ＝３００mm、ｚ＝２１５mmなどを選ぶことができる。
【００１０】
ただし一般的には、家庭で使用される食品や皿の形状を考慮して、平面を正方形に近い形状（ｘ≒ｙ）としている場合がほとんどである。
【００１１】
また、一般的な電子レンジのサイズでは、同時に（数２）を満たすモードが複数個考えられるのが普通である。
【００１２】
次に給電開口部の位置によるモードの限定について説明する。給電開口部から加熱室へマイクロ波が出る場合、給電開口部を挟み込むような逆向きの強電界が生じるため、給電開口部の中央は電界が弱く（定在波の節）なるような状態が安定となる。よって給電開口部の中央が定在波の腹となるようなモードは起こりにくくなり、モードを限定することができる。
【００１３】
一方、食品がある場合は、食品の誘電率による波長圧縮の影響などで（数２）からずれが生じることも知られている。
【００１４】
さて以上のような原理に基づいて生じる定在波分布に対して、被加熱物の加熱の均一化を図る手段として、一般的には電波攪拌方式、被加熱物回転方式、複数給電方式あるいは加熱室壁面の凹凸形状などが実用化されている。
【００１５】
電波攪拌方式は、加熱室内に設けた金属性の板状羽根を回転駆動させる構成からなる。この方式は、マイクロ波空間を形成する金属境界面や被加熱物の表面で反射を繰り返しながら伝搬しているマイクロ波が金属性の板状羽根によっても反射する。この金属性の板状羽根からのマイクロ波の反射は、板状羽根が無い場合と比べて、マイクロ波空間内でのマイクロ波の伝搬経路を増加させるものであり、被加熱物全体にマイクロ波を乱反射させて被加熱物の加熱の均一化を促進させるものである。
【００１６】
被加熱物回転方式は、被加熱物を載置するターンテーブルを回転駆動させる構成からなる。この方式では、マイクロ波空間構造とその内部に収納した被加熱物の種類や形状等により決定されたマイクロ波空間内に生じるマイクロ波の伝搬分布に対して、被加熱物の方を移動させ被加熱物全体にマイクロ波を伝搬させ被加熱物の加熱の均一化を促進させるものである。最も多く普及しているこの方式は、前述の通り平面が正方形に近い形状（ｘ≒ｙ）であるがゆえに、成り立っている方式である。図１０（A）に代表的な構成を示している。これは加熱室を上から見た図であり、ターンテーブル４６が中央に配置されており、加熱室４５形状がほぼ正方形となっている。
【００１７】
複数給電方式は、加熱室を形成する金属境界面の複数の個所からマイクロ波を給電する構成からなる。この方式は、単一の給電と比べて最も大きな特徴は、位相の異なった複数のマイクロ波が加熱室内に給電されることである。位相の異なるマイクロ波を伝搬させることにより、上記電波攪拌方式と同様に加熱室内にマイクロ波の乱反射状態を生じさせるものである。
【００１８】
加熱室壁面の凹凸形状方式は、加熱室を形成する金属境界面に凹凸を設けた構成からなる。この方式は、凹凸を有する金属境界面によってマイクロ波を乱反射させるものである。
【００１９】
さらに加熱の均一化を図るその他の方法として、加熱分布を推定できるような何らかの情報を検出し、検出結果に応じてマイクロ波の放射方向を制御するものがある。
【００２０】
特開平８−３２１３７８号公報には、ターンテーブルと、ターンテーブル下の回転アンテナ（あるいは回転導波管）を有し、被加熱物の温度や重量などの検出結果に基づいて、各々の位置制御を行う例が示されている。
【００２１】
特開平１０−１７２７５０号公報には、同様の検出結果に基づいて、ターンテーブルは無くても、複数の放射アンテナを切り替えてかつ位置制御することで任意の部位を加熱できる例が示されている。
【００２２】
これら２件の例は、マイクロ波によって発生した加熱むらを補うように、指向性のあるマイクロ波の放射手段を制御するので、均一化の効果が極めて高いものである。
【００２３】
次に電子レンジの電源に関する技術について説明する。
【００２４】
一般家庭用の電子レンジの場合、マグネトロンに電力供給する電源として交流１００Vの商用電源を用いる事がほとんどであり、以下に具体構成を説明する。
【００２５】
図１１は、従来の電子レンジの構成を示した回路ブロック図である。交流である商用電源３７を一旦整流回路で直流電圧に変換し、この直流電力を半導体スイッチング素子３８のオンオフによるインバータ１０で２０ｋＨｚ以上の高周波電力に変換している。さらにインバータ１０は、この高周波電力を昇圧トランス３９によって高周波高電圧に昇圧し、高圧整流回路４０を介してマグネトロン１５に印加している。マグネトロン１５はこの直流高電圧で駆動され、およそ２．４５ＧＨｚのマイクロ波を加熱室に放射することによって被加熱物を加熱している。また、家庭用のマイクロ波加熱装置は１０００Ｗ以上の変換電力を扱うため、インバータ１０の高効率化が重要な技術である。
【００２６】
従来の家庭用電子レンジは図１２に示すような回路構成である。インバータ１０は、商用電源を整流する整流ダイオードとインダクタ、コンデンサからなる整流平滑回路を有しており、商用電源を一旦脈動する直流電圧に変換している。第１の半導体スイッチング素子４１を２０ｋＨｚ以上の高周波でオンオフすることによって昇圧トランス３９の１次巻線に高周波電力を発生している。昇圧トランス３９はこの高周波電力によって励磁され２次巻線に昇圧出力を発生し、高圧整流回路４０に高周波高電圧を与えている。高圧整流回路４０は昇圧トランス３９の出力電圧を整流してマグネトロン１５に直流高電圧を印加するように構成されている。このインバータ回路１０はコンデンサ４２、４３と昇圧トランス３９の１次巻線によって共振回路を構成し、この共振回路の共振現象を利用して半導体スイッチング素子４１，４４がターンオフあるいはターンオンする際の電圧の傾きを緩やかにしている。この結果、半導体スイッチング素子４１，４４がターンオンする際は零電流かつ零電圧でスイッチングし、電圧と電流の重なる期間がない。また、ターンオフする際は、零電圧から緩やかに電圧が上昇するため電圧と電流が重なる面積が非常に小さくなる。従って、半導体スイッチング素子４１，４４のスイッチング損失が低減され、インバータ回路を高効率化する構成となっている。
【００２７】
さて、家庭用電子レンジは、１００Vの商用電源から１０００W〜１５００W程度の電力供給を受けて、マイクロ波で食品を加熱する調理器である。扱う電力が大きいため、商用電源から電力を供給することが一般的である。
【００２８】
しかし、卓上で使用したい、車の中で使用したい、あるいは屋外で使用したいというユーザーの要望が大きい。これを実現するためには、電子レンジ自体に電力供給源を搭載し、外部電源からの電力供給無しに使用できるコードレスの構成とすることが必要である。近年、充電可能な２次電池の開発が、携帯電話、パソコン、電気自動車用などの用途で進み、ニッカド蓄電池、ニッケル水素蓄電池、リチウムイオン蓄電池のように新しい電池が実用化されてきており、蓄電池の小型、軽量化が実現している。このような背景で、電子レンジのように大電力を扱う電気機器であっても、ある程度の短時間であれば２次電池を搭載した構成とすることが実用的になってきている。
【００２９】
ある種類の２次電池一個（単体）をセルと呼ぶが、１セル当りの電圧はニッカド蓄電池とニッケル水素蓄電池は公称１．２V、リチウムイオンは公称３．７Vと低い電圧であり、複数のセルを直列にして電圧を稼ぐ必要がある。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電波攪拌方式のマイクロ波空間は、金属性板状羽根によって反射されるマイクロ波をマイクロ波空間内に均一に乱反射させることに物理的限界がある。これは、マイクロ波の伝搬速度に対して、金属性板状羽根の回転速度があまりに遅いことによるものであり、金属性板状羽根の回転速度を制御したとしても被加熱物全体に均一にマイクロ波を伝搬させることは非常に難しい。従って、被加熱物の種類や量によっては、不測の不均一な加熱分布が生じることを抑制することが難しいという問題を有していた。
【００３１】
また、被加熱物回転方式は、被加熱物の種類や量によってマイクロ波空間内に生じるマイクロ波分布は自ずと決まってしまうため、一つの被加熱物に対応して生じたマイクロ波分布がその被加熱物を均一に加熱することに対して不適であってもその電磁波分布を変更することができないという問題を有していた。またこの方式では、加熱室を上から見た場合に図１０（A）のような正方形に近い加熱室４５形状を考えると、ターンテーブル４６の回転のために四隅にデッドスペース４７が生じるという問題を有していた。デッドスペース４７を無くすためには、加熱室形状を正方形でなくて円か円に近いような多角形にせざるをえないため、例えば縦長とか横長とかの自由な形状にはできない。また図１０（A）の場合、被加熱物として、弁当３２、味噌汁３３、お茶３４の３つをあたためたいとしても、ターンテーブル４６に同時には乗せられないがために、一度には加熱できないということが多い。もしターンテーブルさえなければ、図１０（ｂ）のように、より小さい加熱室４８なる形状で、弁当３２、味噌汁３３、お茶３４の３つを同時にあたためることができる。一方、ターンテーブルを使って弁当３２、味噌汁３３、お茶３４の３つを同時にあたためられる形状を考えると、破線で示したようなターンテーブル４９、加熱室５０となってしまい、外形サイズが極端に大きくなってしまう。今までの電子レンジは据え置き型であったため、ある程度は我慢できたが、卓上用、携帯用や車載用など、外形サイズをできるだけ小型化したいような場合を想定すると、庫内容積を有効に使えない、外形サイズが大きくなってしまうという非常に無駄の多い構成となってしまう問題を有していた。
【００３２】
また、複数給電方式は、理想的な挙動としては前述したとおりであるが、一つの給電部から放射されるマイクロ波の挙動が他の給電部から放射されたマイクロ波からの影響を受ける。このため、給電部が複数個あっても、その複数の給電構成によって決定される特定のマイクロ波伝搬がマイクロ波空間内に生じるので、被加熱物の種類や量によっては、不測の不均一な加熱分布が生じることを抑制することが難しいという問題を有していた。また卓上用、携帯用や車載用など、外形サイズをできるだけ小型化したい場合を想定すると、給電部が複数個あることで小型化が難しいという問題を有していた。
【００３３】
また、マイクロ波空間壁面の凹凸形状構造は、被加熱物の加熱の均一化を促進できうる乱反射をマイクロ波空間内に生じさせるには、壁面全体にいわゆるゴルフボールのディンプルのような凹凸を配するとともにそのディンプルの深さ寸法あるいは突出寸法を使用するマイクロ波の波長に対して無視できない寸法、例えば１／１０波長寸法以上、にすることが必要である。この結果、マイクロ波空間の構成が複雑となり実用性に難しい構成を強いられるという問題を有していた。
【００３４】
さらに、加熱分布を推定できるような何らかの情報を検出し、検出結果に応じてマイクロ波の放射方向を制御するものは、加熱の均一化という面では理想的である。しかし、マイクロ波の放射方向を制御するために、ターンテーブルや回転アンテナや回転導波管を組み合わせたり、複数個用いたりしなければならない。また、回転アンテナや回転導波管を導体を用いて構成してマイクロ波を供給する場合、長さは少なくとも１／４波長以上（半波長ダイポールアンテナ等は半波長）必要である上、回転アンテナや回転導波管に給電するための構成も必要である。加えて、大きなエネルギーのマイクロ波を放射する手段を駆動することになるので、安全性や信頼性を確保するための工夫（たとえばスパークを防止するために、アンテナと加熱室壁面との距離をとらないといけないとか）も必要である。よって構成が大掛かりで複雑になるという問題を有していた。よって卓上用、携帯用や車載用など、外形サイズをできるだけ小型化したい場合を想定すると、実用化が難しいという問題を有していた。また同様に、安全性や信頼性を確保するための検討に手間がかかるという問題を有していた。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、前記加熱室を形成する少なくとも一つの面に設けた開口部と、前記開口部のインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変手段と、バッテリーと、前記バッテリーの電力を変換して前記マイクロ波供給手段に伝送するインバータと、前記バッテリーに外部電源から電力を充電する充電手段とを備えている。
【００３６】
上記発明によれば、まず、充電手段により外部電源からバッテリーに電力を充電し、インバータがバッテリーに充電された電力を変換してマイクロ波供給手段に伝送するので、充電後であれば、商用電源の無い所でもマイクロ波供給手段からのマイクロ波によって被加熱物を加熱する事ができる。また、マイクロ波供給手段から加熱室内に供給されたマイクロ波により、加熱室を形成する面に生じる高周波電流の流れは、開口部によって流れが分断されるが、開口部のインピーダンスを零にすると、高周波電流の流れは分断されない。一方、開口部のインピーダンスを無限大にすると高周波電流は全く流れなくなる。よって開口部のインピーダンスの変化は、加熱室に生じうるマイクロ波分布を変化させる。また、開口部に入射するマイクロ波の入射波と反射波との位相差は、開口部のインピーダンスが零の場合１８０度であり、開口部のインピーダンスが無限大の場合０度となる。従って開口部のインピーダンスを変えることで、加熱室の形状によらず加熱室内にマイクロ波を多重伝搬させ、さまざまなマイクロ波分布を形成させることができ、被加熱物全体の加熱の均一化を促進させることができる。
【００３７】
また本発明のマイクロ波加熱装置は、インピーダンス可変手段は、開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、溝部内の誘電体と、誘電体を駆動する駆動手段とを有する構成としている。
【００３８】
上記発明によれば、加熱室内のマイクロ波は開口部に接続したインピーダンス可変手段の溝部内へも伝搬する。溝部を伝搬するマイクロ波は溝部の終端まで伝搬し、この終端で反射して再び開口部を経て加熱室内を伝搬する。溝部内のマイクロ波伝搬経路の途中に設けた誘電体は、溝部内のマイクロ波伝搬条件を変化させる。よって駆動手段が誘電体を駆動する事で、溝部内のマイクロ波伝搬条件を変化させることになり、開口部に生じるインピーダンス値を零から理想的には無限大まで変えることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室と、給電口を介して前記加熱室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、前記給電口とは異なる位置で前記加熱室を形成する少なくとも一つの面に設けた開口部と、前記開口部のインピーダンスを変更可能なインピーダンス可変手段と、バッテリーと、前記バッテリーの電力を変換して前記マイクロ波供給手段に伝送するインバータと、前記バッテリーに外部電源から電力を充電する充電手段とを備えている。
【００４０】
そして、まず、充電手段により外部電源からバッテリーに電力を充電し、インバータがバッテリーに充電された電力を変換してマイクロ波供給手段に伝送するので、充電後であれば、商用電源の無い所でもマイクロ波供給手段からのマイクロ波によって被加熱物を加熱する事ができる。また、マイクロ波供給手段から加熱室内に供給されたマイクロ波により、加熱室を形成する面に生じる高周波電流の流れは、開口部によって流れが分断されるが、開口部のインピーダンスを零にすると、高周波電流の流れは分断されない。一方、開口部のインピーダンスを無限大にすると高周波電流は全く流れなくなる。よって開口部のインピーダンスの変化は、加熱室に生じうるマイクロ波分布を変化させる。また、開口部に入射するマイクロ波の入射波と反射波との位相差は、開口部のインピーダンスが零の場合１８０度であり、開口部のインピーダンスが無限大の場合０度となる。従って開口部のインピーダンスを変えることで、加熱室の形状によらず加熱室内にマイクロ波を多重伝搬させ、さまざまなマイクロ波分布を形成させることができ、被加熱物全体の加熱の均一化を促進させることができる。
【００４１】
さらに、インピーダンス可変手段は、開口部に接続されて終端が閉じられた溝部と、溝部内の誘電体と、誘電体を駆動する駆動手段とを有する構成としている。
【００４２】
そして、加熱室内のマイクロ波は開口部に接続したインピーダンス可変手段の溝部内へも伝搬する。溝部を伝搬するマイクロ波は溝部の終端まで伝搬し、この終端で反射して再び開口部を経て加熱室内を伝搬する。溝部内のマイクロ波伝搬経路の途中に設けた誘電体は、溝部内のマイクロ波伝搬条件を変化させる。よって駆動手段が誘電体を駆動する事で、溝部内のマイクロ波伝搬条件を変化させることになり、開口部に生じるインピーダンス値を零から理想的には無限大まで変えることができる。
【００４３】
また請求項２のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波供給手段、バッテリー、インバータ、充電手段の少なくとも１つを冷却する冷却ファンを有し、駆動手段は、前記冷却ファンの風力エネルギーの一部または回転エネルギーの一部を用いて誘電体を駆動する構成としている。
【００４４】
そして、誘電体の駆動に関して、専用の新たなエネルギー源を用意する必要が無い。
【００４５】
また請求項３のマイクロ波加熱装置は、インピーダンス可変手段とバッテリーとを加熱室の同一面側に構成している。
【００４６】
また請求項４のマイクロ波加熱装置は、インピーダンス可変手段とマイクロ波供給手段とを加熱室の同一面側に構成している。
【００４７】
さらに請求項５のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波供給手段とバッテリーとを加熱室の同一面側に構成している。
【００４８】
そして、加熱室の同一面側に部品を配置するので、よりデッドスペースを無くしてコンパクトな構成にすることができる。
【００４９】
【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。
【００５０】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１を示すマイクロ波加熱装置の構成図である。被加熱物１を加熱室２に収納し、マイクロ波供給手段３から加熱室２にマイクロ波４を供給し、加熱室２を形成する一つの面に開口部５を設けている。インピーダンス可変手段６は、開口部５のインピーダンスを変更可能なもので、インピーダンスを変化させる事でさまざまな加熱分布を発生させ、加熱の均一化を図っている。充電手段７は外部電源８からの電力をバッテリー９に充電するもので、インバータ１０はバッテリー９に充電された電力を変換してマイクロ波供給手段３に伝送するものである。この構成により、事前に外部電源８でバッテリー９に充電しておけば、外部電源の無い所でもマイクロ波加熱装置として使用する事ができる。
【００５１】
本実施例においては、インピーダンス可変手段６とマイクロ波供給手段３とを加熱室２の同一面側（図１の上面）に構成することで、別々の面に配置する時よりもスペースを有効に利用することができる。
【００５２】
なお、外部電源については、家庭用の交流電源や、自動車のバッテリー（直流電源）などが考えられる。家庭用の交流電源を用いる場合、家庭で充電してから屋外に持っていって使用したり、コンセントが届かない場所（たとえば卓上）で使用したりできるので、使用場所の自由度が増える効果がある。一方、自動車のバッテリーを用いる場合、車載用として常に自動車内に設置しておいても良いし、アウトドアで使用することで充電されていた電力が減ってきたら、自動車で再充電して何度も使うということもできる。
【００５３】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２を示すマイクロ波加熱装置の構成図で横から見た状態を示し、図３は同マイクロ波加熱装置の回路ブロック図である。前述の実施例で示した符号と同一符号で同一機能のものについては一部説明を省略する。
【００５４】
インピーダンス可変手段６は、開口部５のインピーダンスを変更可能なもので、開口部５に接続されて終端１１が閉じられた溝部１２の中に駆動自在な誘電体１３を構成し、駆動手段１４により誘電体１３を駆動することで開口部５のインピーダンスを変更し、さまざまな加熱分布を発生させて均一化を図っている。
【００５５】
マイクロ波供給手段３は、マイクロ波を放射するマグネトロン１５と、マグネトロン１５からのマイクロ波を給電口１６を介して加熱室２に伝送する導波管１７から成り、マグネトロン１５を加熱室２に直結する場合よりもマグネトロンの配置に自由度が有る。
【００５６】
冷却ファン１８は、充電手段７、インバータ１０、マグネトロン１５など電力を変換する際に損失により発熱する部品を冷却する目的で構成されている。
【００５７】
バッテリー９は、ニッケル・カドミウム蓄電池あるいはニッケル・水素蓄電池、リチウムイオン蓄電池などの2次電池を用いて、複数のセルを直列に接続して高い電圧にしている。マイクロ波加熱装置で、冷蔵庫で保冷されていた弁当を温める場合、マイクロ波出力で約５００Wの電力で２分間の加熱を必要とする。マイクロ波加熱装置の効率を約５６％とすると、バッテリー９は約９００Wの電力を供給しなければならない。例えば、バッテリー９に松下電池工業株式会社製のニッケル・カドミウム蓄電池Ｐ−１７００ＳＣＰを用いると、電池の定格電流容量は１．７Aｈであるので、平均電圧を１．２Vとすると１セル当りの電力容量は２．０４Wｈとなる。９００Wを２分間出力する場合の電力量は３０Wｈであり、これを３回繰り返すとするとバッテリー９に必要な電力量は９０Wｈとなる。１セル当りの電力容量は２．０４Wｈなので４４セル必要となり、これを直列に接続するとバッテリー９の電圧は約５２．８Vで、電流は約１７Aとなる。バッテリー９への充電は充電手段７が制御手段１９からの指令により行う。充電手段７は外部電源８の電圧を充電に必要な５２．８V以上の電圧に変換し、バッテリー９への充電を行う。
【００５８】
インバータ１０は、バッテリー９の直流電圧を、半導体スイッチング素子を用いて２０ｋＨｚから３０ｋＨｚの高周波交流電圧に変換し、昇圧トランスで電圧を昇圧して、この電圧を整流器で直流の高電圧に変換している。半導体スイッチング素子に流れる電流はピーク値が約５０Ａに達するので、インバータ１０の入力端にはコイルとコンデンサとからなるローパスフィルタを設け、半導体スイッチング素子が２０ｋＨｚから３０ｋＨｚで動作するために生じるバッテリー９の電流リップル分を低減し、バッテリー９には平均１７Ａ，ピーク値も同程度の電流が流れるようにしている。直流高電圧はマグネトロン１５を付勢する。マグネトロン１５は高電圧により付勢され駆動してマイクロ波を発生する。インバータ１０は制御手段１９により制御される。
【００５９】
制御手段１９は、操作手段２０からのキー入力による信号によりインバータ１０の動作指令と表示手段２１への状態表示指示を指令する。これによりインバータ１０は動作を開始しバッテリー９は放電を始める。バッテリー９は１７Aという大きな電流で2分という短時間で全電気量の１／３を放電する。
【００６０】
また制御手段１９は、前述の冷却ファン１８の動作をも制御して、いろいろな電気部品の放熱を促している。
【００６１】
さらに制御手段１９は、駆動手段１４を制御することで誘電体１３の位置を制御するので、被加熱物１に応じた適切な加熱を行なうことができる。図示はしないが、検出手段を設けて、被加熱物１に関する情報を検出して、最適な位置で誘電体１３を停止させる事も可能であるし、停止と駆動を組み合わせて、きめこまやかな加熱分布制御を行なう事もできる。もちろん操作手段２０の設定に応じて制御する事も可能である。
【００６２】
２２はドア、２３は開口部５を覆いつつ被加熱物１を保持するトレイであり、２４は給電口１６を覆うカバーである。トレイ２３、カバー２４はいずれも損失の少ない誘電材料から構成されている。
【００６３】
本実施例では、バッテリー９の重量が２ｋｇ程度と重いので、マイクロ波加熱装置の底面近くになるべく均等に配置している。バッテリー９は４０個以上のセルを直列に接続するために、２つのブロックに分けてパッケージ化している。
また本実施例では、インピーダンス可変手段６により、ターンテーブルなどの被加熱物回転方式を使用しなくても加熱分布が均一化できるので、加熱室形状に自由度が有り、デッドスペースを減らして有効容積を大きくする事ができ、持ち運びが容易なコンパクトサイズにできる効果がある。
【００６４】
また本実施例においては、インピーダンス可変手段６とバッテリー９とを加熱室２の同一面側（図２の下面）に構成することで、別々の面に配置する時よりもスペースを有効に利用することができる。
【００６５】
（実施例３）
図４は本発明の実施例３を示すマイクロ波加熱装置の特にインピーダンス可変手段６周辺の構成図である。前述の実施例で示した符号と同一符号で同一機能のものについては一部説明を省略する。冷却ファン２５は、バッテリー９を冷却するとともに、風の一部２６を風車２７に吹き付けている。風車２７は誘電体１３に接続されており、一体に回転するものである。よって冷却ファン２５が回転すると、風の一部２６を受けた風車２７も回転し、結果として誘電体１３が回転駆動される。即ち、冷却ファン２５の風力エネルギーの一部を利用して、誘電体１３は回転している。
【００６６】
本実施例の場合、冷却ファン２５はバッテリー９の冷却手段でありながら誘電体１３を回転駆動する駆動手段とも考える事ができるので、誘電体１３を駆動するための専用の駆動手段を不要にできる効果がある。
【００６７】
（実施例４）
図５は本発明の実施例４を示すマイクロ波加熱装置の特にインピーダンス可変手段６周辺の構成図である。前述の実施例で示した符号と同一符号で同一機能のものについては一部説明を省略する。冷却ファン２８は、インバータ１０を冷却するとともに、ファンベルト２９を介して冷却ファン２８の回転軸３０と、回転体３１をつなぐことで、回転力を回転体３１に伝達している。回転体３１は誘電体１３に接続されており、一体に回転するものである。よって冷却ファン２５が回転すると、回転軸３０、ファンベルト２９、回転体３１が連動して回転し、結果として誘電体１３が回転駆動される。即ち、冷却ファン２８の回転エネルギーの一部を利用して、誘電体１３は回転している。
【００６８】
本実施例の場合、冷却ファン２８はインバータ１０の冷却手段でありながら誘電体１３を回転駆動する駆動手段とも考える事ができるので、誘電体１３を駆動するための専用の駆動手段を不要にできる効果がある。
【００６９】
なお、回転エネルギーを伝達する方法として、ファンベルトでなくても歯車のようなものでも良い。専用の駆動手段を設けることなく誘電体を駆動することができればよいものである。
【００７０】
なお、実施例３または４で示した冷却ファンにこだわる必要はない。マイクロ波供給手段（特にマグネトロン）、バッテリー、インバータ、充電手段やその他の部品を冷却する目的で構成された冷却ファンはもちろんの事、極端に言えば冷却ファンでなくても何らかの駆動エネルギーを発生する物であれば、同様に実施する事ができる。
【００７１】
なお、誘電体１３の挙動は、回転でなくても往復運動でも良いし、その他の挙動でも良い。誘電体を駆動することにより開口部のインピーダンスが変化すればよいものである。
【００７２】
（実施例５）
図６は本発明の実施例５を示すマイクロ波加熱装置の構成図である。前述の実施例で示した符号と同一符号で同一機能のものについては一部説明を省略する。
【００７３】
本実施例においては、インピーダンス可変手段６とマイクロ波供給手段３の導波管１７とインバータ１０とを加熱室２の同一面側（図６の右壁面）に構成し、かつマイクロ波供給手段３のマグネトロン１５とバッテリー９とを加熱室２の同一面側（図６の下面）に構成することで、別々の面に配置する時よりもスペースを有効に利用することができる。特に上面、左壁面、後面に部品が無く、非常にコンパクトであるのに加えて、インピーダンス可変手段６で加熱分布を均一にするのでターンテーブルが不要となり、横長形状の加熱室にすることも容易であり、たとえば図６のように被加熱物としての弁当３２、味噌汁３３、お茶３４を同時に配置して加熱できるものである。
【００７４】
また本実施例では、インピーダンス可変手段６は、溝部１２を開口部５（破線）の垂直方向に伸ばすのではなく上側に折り曲げた位置に終端１１を構成している。この構成により開口部５の垂直方向の寸法を薄くできるので、結果的に右壁面側の加熱室２外部のスペースを狭くできる効果がある。
【００７５】
（実施例６）
図７〜図９に本発明の実施例６を示す。
【００７６】
図７、図８はインピーダンス可変手段の構成図である。前述の実施例で示した符号と同一符号で同一機能のものについては一部説明を省略する。図７は誘電体１３の幅広面が溝部１２の深さ方向に対して垂直な状態、図８は誘電体１３の幅広面が溝部１２の深さ方向に対して水平な状態を示し、（Ａ）は溝部１２の幅広面を見た外観図、（ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ‘断面図を示している。本実施例では、溝部１２は直方体であり、長方形の開口部５の長辺Ａ＝８０ｍｍ、短辺ｂ＝３０ｍｍのまま終端１１まで深さＬ＝４１．５ｍｍだけ引き伸ばした形状としている。また誘電体１３は、長辺ｃ＝７８ｍｍ、短辺ｄ＝２７ｍｍ、厚さｔ＝６．２ｍｍで、誘電体１３の中心は終端１１から距離ＬＢ＝２０ｍｍの位置にある。また誘電体１３の材料として低誘電損失のものを用いており、代表的な誘電特性は、比誘電率εｒ＝１２．３、誘電正接ｔａｎδ＝０．００３６である。以上の条件により、溝部１２内に入射したマイクロ波は誘電体１３により反射するものと透過するものに分かれる。誘電体１３を透過したものは終端１１で反射するが、再度誘電体１３により反射するものと透過するものに分かれる。というような現象を繰り返し、結局は溝部１２内に図中の楕円形状の破線（等電界強度線図）で示したような電界分布３５、３６を発生させる。
【００７７】
図７の場合、電界分布３５は、A方向に１、ｂ方向に０、Ｌ方向に１の（１０１）モードの定在波になり、開口部５で電界が弱くなる。すなわち、あたかも開口部５におけるインピーダンスを零にして、入射波と反射波の位相差を１８０度としたような状態（開口部５を金属板で塞いでいるのと同じ状態）を実現しているのである。
【００７８】
一方図８の場合、電界分布３６は、A方向に１、ｂ方向に０、Ｌ方向には１／２の定在波になり、開口部５で電界が強くなる。これは溝部１２の深さ方向へのマイクロ波の実効長が図７の２倍程に長くなったとも言える。すなわち、あたかも開口部５におけるインピーダンスを無限大にして、入射波と反射波の位相差を０としたような状態を実現しているのである。
【００７９】
本実施例においては、誘電体１３の幅広面が溝部１２の深さ方向に対して垂直（この状態を誘電体１３の基準の角度０とする）の時に開口部５のインピーダンスを略零とするので、誘電体１３の角度が０から変化するにつれて溝部１２内のマイクロ波の実効長が短くなっていき、開口部のインピーダンスがずれて増えていく。そして誘電体１３の幅広面が溝部１２の深さ方向に対して水平（角度９０度）の時に開口部５のインピーダンスを略無限大とするので、誘電体１３の角度により開口部５のインピーダンスを零から無限大の全範囲で変化させる事ができ、任意のインピーダンスでより一層加熱の均一化を促進させることができる。
【００８０】
また、開口部５のインピーダンスを零にするためには、溝部１２内の定在波を１以上の自然数個たてれば良いが、溝部１２内に定在波を１個たてるので、最も深さの浅い（Ｌの短い）溝部１２で開口部５のインピーダンスを零にできる。同様に、開口部５のインピーダンスを無限大にするためには、溝部１２内の定在波を（２ｎ−１）／２個（ただしｎは１以上の自然数）たてれば良いが、溝部１２内に定在波を１／２個たてるので、最も深さの浅い（Ｌの短い）溝部１２で開口部５のインピーダンスを無限大にできる。すなわち、最も小型の構成で加熱の均一化を促進させることができる。
【００８１】
さて本実施例の溝部１２について、別の視点から説明を加える。溝部１２をいかに小型化しようと考えても、マイクロ波が入射できるためには寸法A、ｂに制限がある。溝部１２を長さＬの短い導波管と考えて説明すると、少なくとも長辺Aはマイクロ波の波長λoの半分より大きくないといけない。一般の導波管では、長辺A方向に１、短辺ｂ方向に０なる（１０）モードを立てるために、λo／２＜A＜λo、ｂ＜λo／２に選んでいる。本実施例では、λo＝１２２mmとおくと、６１mm＜A＜１２２mm、ｂ＜６１mmを満たさなければならないので、A＝８０mm、ｂ＝３０mmを選んでいる。さらに導波管内を伝搬する方向（溝の深さ方向）の管内波長λg の定義は、長辺A方向の電界の強いところの数をm、短辺ｂ方向の電界の強いところの数をｎとすれば（数３）となる。前述の通り（１０）モードすなわちm＝１、ｎ＝０を採用すると（数４）となる。
【００８２】
【数３】
0004314659.tif 000004
【００８３】
【数４】
0004314659.tif 000005
【００８４】
λg＝λo／√｛１−（λo／２A）＾２｝
よって本実施例のように、A＝８０mm、ｂ＝３０mmならλg ≒１８８mmになる。（ただし寸法はすべて板厚を含まない内寸であり、導波管内は真空または空気層のみの場合である。）１波長につき電界の強いところが２回発生するから、逆に、導波管内を伝搬する方向（溝部１２の深さ方向）に定在波モードを１つだけ立てるためには、λg ／２≒９４mm必要となり、定在波モードを１／２だけ立てるためにはλg ／４≒４７mm必要となる。一方、本実施例の場合、誘電体１３を垂直あるいは水平に用いる事で、いずれも４１．５mm、すなわちλg ／４未満で実現できているのである。一般に導波管に限らず回転アンテナなど導体を用いてマイクロ波を扱うものは、長さは少なくとも１／４波長以上（半波長ダイポールアンテナ等は半波長）必要であり、本発明に小型化の効果がある事はあきらかである。
【００８５】
図９は、インピーダンス可変手段と導波管の構成図を示し、（A）はインピーダンス可変手段でＬ＝４１．５mm、（ｂ）は深さ方向に定在波モードを１／２だけ立てる導波管でＬ１＝４７mm（深さがλg ／４）、（ｃ）は深さ方向に定在波モードを１つだけ立てる導波管でＬ２＝９４mm（深さがλg ／２）である。
【００８６】
また導波管の場合は、開口部５のインピーダンスを変化させるためには、図７（ｂ）と（ｃ）およびその間の条件を作り出さなければならない。たとえば、（ｃ）のような深さＬ２＝９４mmの導波管内に金属の反射板を入れ、開口部５からの距離を４７mm〜９４mmの間で動かす事が考えられる。この場合は導波管自体が長くなるのに加えて反射板の駆動距離も大きくなってしまう。
【００８７】
本実施例は、溝部１２を、深さが１／４波長に満たない導波管形状としたので、従来の回転アンテナや回転導波管の常識では考えられない極めて小さな構成で開口部のインピーダンスを変化させて、加熱の均一化を促進させることができる。
【００８８】
なお、誘電体の材料として比誘電率と誘電正接の数値を示したが、この値だけに限定されるものではない。我々の実験では、誘電率εｒが７〜２０の範囲で同様の結果を確認しているし、誘電率εｒを大きくする場合は、厚さｔを薄くする事で同様の効果が得られる事も分かってきている。また誘電正接ｔａｎδについては、（数１）から明らかなように、値が小さいほど誘電体自身がマイクロ波を吸収しにくいので、値の小さいものを選んでいるにすぎない。よって我々の実験ではアルミナ、ムライト、コージライトなどで検討はしているが、これらに限定されるものではなく、低損失誘電材料として考えうる他のセラミック系、ガラス系、さらにはこれら以外のものでも良い。
【００８９】
【発明の効果】
以上のように本発明は以下の効果を有する。
【００９０】
（１）請求項１のマイクロ波加熱装置は、充電手段により外部電源からバッテリーに電力を充電し、インバータがバッテリーに充電された電力を変換してマイクロ波供給手段に伝送するので、充電後であれば、商用電源の無い所でもマイクロ波供給手段からのマイクロ波によって被加熱物を加熱する事ができる。また、開口部のインピーダンスを変えることで、加熱室内にマイクロ波を多重伝搬させ、さまざまなマイクロ波分布を形成させることができるため、加熱室の形状によらずに被加熱物全体の加熱の均一化を促進させることができる。
【００９１】
（２）請求項２のマイクロ波加熱装置は、溝部内のマイクロ波伝搬経路の途中に設けた誘電体を駆動する事で、溝部内のマイクロ波伝搬条件を変化させ、開口部に生じるインピーダンス値を零から理想的には無限大まで変えることができるため、極めて簡単かつコンパクトな構成で、加熱室の形状によらずに被加熱物全体の加熱の均一化を促進させることができる。よってマイクロ波加熱装置全体としての外観形状にも自由度が有り、小型・軽量化もはかれるので、卓上用、携帯用、あるいは車載用などのような用途にも展開しやすい。
【００９２】
（３）また請求項３のマイクロ波加熱装置は、駆動手段が、マイクロ波供給手段、バッテリー、インバータ、充電手段の少なくとも１つを冷却する冷却ファンの風力エネルギーの一部または回転エネルギーの一部を用いて誘電体を駆動するので、専用の新たなエネルギー源を用意する必要が無いため、省電力化とさらなる小型・軽量化がはかれる。
【００９３】
（４）請求項４のマイクロ波加熱装置は、加熱室の同一面側に、インピーダンス可変手段とバッテリーを配置するので、よりデッドスペースを無くしてコンパクトな構成にすることができる。
【００９４】
（５）請求項５のマイクロ波加熱装置は、加熱室の同一面側に、インピーダンス可変手段とマイクロ波供給手段を配置するので、よりデッドスペースを無くしてコンパクトな構成にすることができる。
【００９５】
（６）請求項６のマイクロ波加熱装置は、加熱室の同一面側に、マイクロ波供給手段とバッテリーを配置するので、よりデッドスペースを無くしてコンパクトな構成にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１を示すマイクロ波加熱装置の構成図
【図２】本発明の実施例２を示すマイクロ波加熱装置の構成図
【図３】同マイクロ波加熱装置の構成を示す回路ブロック図
【図４】本発明の実施例３を示すマイクロ波加熱装置の要部構成図
【図５】本発明の実施例４を示すマイクロ波加熱装置の要部構成図
【図６】本発明の実施例５を示すマイクロ波加熱装置の要部構成図
【図７】本発明の実施例６を示すインピーダンス可変手段の構成図
【図８】同インピーダンス可変手段の構成図
【図９】同インピーダンス可変手段の構成図
【図１０】従来のマイクロ波加熱装置の構成図
【図１１】従来のマイクロ波加熱装置の構成を示す回路ブロック図
【図１２】従来のマイクロ波加熱装置に用いるインバータの回路構成図
【符号の説明】
１  被加熱物
２  加熱室
３  マイクロ波供給手段
４  マイクロ波
５  開口部
６  インピーダンス可変手段
７  充電手段
８  外部電源
９  バッテリー
１０  インバータ
１１  終端
１２  溝部
１３  誘電体
１４  駆動手段
１８  冷却ファン
２５、２８  冷却ファン（駆動手段）
３２  弁当（被加熱物）
３３  味噌汁（被加熱物）
３４  お茶（被加熱物）
【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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