(57)【要約】  マイクロ波処理装置は、被加熱物を収容する処理室と、処理室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、マイクロ波の周波数帯域において共振周波数を有する共振部とを備える。共振部は、処理室を構成する金属壁面に生じる偏波面の向きに沿って少なくとも３個のパッチ共振器が並ぶように配置された複数のパッチ共振器を有する。本態様によれば、処理室内の定在波分布、すなわち、マイクロ波エネルギー分布を制御することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を収容する処理室と、
前記処理室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記マイクロ波の周波数帯域において共振周波数を有し、前記処理室を構成する金属壁面に生じる偏波面の向きに沿って少なくとも３個のパッチ共振器が並ぶように配置された複数のパッチ共振器を有する共振部と、
を備える、マイクロ波処理装置。
【請求項２】
前記複数のパッチ共振器が、縦方向および横方向の各方向に前記少なくとも３個のパッチ共振器が並ぶように配置された、請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項３】
前記複数のパッチ共振器が、十字状に配置された少なくとも５個の方形パッチ共振器を含む、請求項２に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項４】
前記複数のパッチ共振器が、縦方向、横方向、および、斜め方向の各方向に前記少なくとも３個のパッチ共振器が放射状に並ぶように配置された、請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項５】
前記パッチ共振器が円形パッチ共振器である、請求項４に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項６】
前記マイクロ波供給部が、マイクロ波発生部と、前記マイクロ波発生部の発振周波数を制御する制御部と、を備え、
前記共振部が、共振周波数の異なる複数の共振部を有し、
前記制御部が、前記発振周波数を制御することで、前記複数の共振部のうちの共振する前記共振部を切り替える、請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項７】
前記共振部が複数の共振部を有し、前記複数の共振部のそれぞれが、前記処理室を構成する一つの前記金属壁面における分割された複数の領域のそれぞれに設けられ、前記複数の共振部が、互いに異なる共振周波数を有する、請求項６に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項８】
前記複数の共振部のそれぞれが、前記複数の共振部の配置の順序に応じた共振周波数を有する、請求項６に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項９】
前記複数の共振部のそれぞれが、前記複数の共振部の配置の順序に応じた長さの導体を有する、請求項８に記載のマイクロ波処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はマイクロ波処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波処理装置の代表例である電子レンジは、マグネトロンにより放射されたマイクロ波を金属壁面で囲まれた処理室内に供給し、処理室内に載置された食品などの被加熱物を誘電加熱する。【０００３】
マイクロ波は、処理室の壁面で反射を繰り返す。金属壁面で反射した反射波の位相は、金属壁面への入射波に対して１８０度変化する。金属壁面に垂直な線を基準線とすると、基準線と入射波の間の角度である入射角は、反射波と基準線の間の角度である反射角と同じである。【０００４】
処理室の大きさは、通常、マイクロ波の波長（約１２０ｍｍ）より充分大きい。そのため、金属壁面で生じる入射波と反射波との振る舞いによって、処理室内に定在波が生じる。定在波は、常に電界が強い場所に現れる腹と、常に電界が弱い場所に現れる節とを有する。【０００５】
被加熱物が定在波の腹が現れる場所に載置されると、被加熱物は強く加熱され、被加熱物が定在波の節が現れる場所に載置されると、被加熱物はあまり加熱されない。これが、電子レンジにおいて加熱むらが生じる主な原因である。【０００６】
このような定在波による加熱むらを抑制し、均一加熱を促進するための方法には、テーブルを回転させて被加熱物を回転させるターンテーブル方式と、マイクロ波を放射するアンテナを回転させる回転アンテナ方式とがある。【０００７】
均一加熱とは反対の局所加熱を積極的に利用しようとする技術もある（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１に記載の装置は、ＧａＮ半導体素子で構成された複数のマイクロ波発生装置を備え、マイクロ波発生装置の出力を種々の場所から処理室に供給する。供給される二つのマイクロ波に位相差を設けることで、被加熱物にマイクロ波を集中させて局所加熱を実現する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】国立研究開発法人  新エネルギー・産業技術総合開発機構ほか  「ＧａＮ増幅器モジュールを加熱源とする産業用マイクロ波加熱装置を開発」２０１６年１月２５日
【発明の概要】
【０００９】
しかしながら、上記従来のマイクロ波処理装置では、複数箇所から処理室にマイクロ波を供給する必要があるため、装置が複雑化し大型化する。
【００１０】
複数の被加熱物を同時に加熱する場合、一方の被加熱物にマイクロ波を集中させようとしても、その被加熱物がすべてのマイクロ波を吸収することはない。その被加熱物に吸収されなかったマイクロ波は、他方の被加熱物に入射する。このため、複数の被加熱物に対して、望み通りに局所加熱を行うことは難しい。
【００１１】
本開示は、処理室内の定在波分布を制御することで、複数の被加熱物のそれぞれを望み通りに加熱することができるマイクロ波処理装置を提供することを目的とする。
【００１２】
本開示の一態様のマイクロ波処理装置は、被加熱物を収容する処理室と、処理室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、マイクロ波の周波数帯域において共振周波数を有する共振部とを備える。共振部は、処理室を構成する金属壁面に生じる偏波面の向きに沿って少なくとも３個のパッチ共振器が並ぶように配置された複数のパッチ共振器を有する。
【００１３】
本態様のマイクロ波処理装置は、処理室内の定在波分布、すなわち、マイクロ波エネルギー分布を制御することができる。その結果、本態様のマイクロ波処理装置は、例えば、複数の被加熱物を同時加熱する場合、各被加熱物が吸収するマイクロ波エネルギーを調整することできる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本開示の実施の形態１に係るマイクロ波処理装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、実施の形態１における共振部の構成を示す平面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、共振部により生じる反射位相の周波数特性を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、共振部により生じる反射位相の周波数特性を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、導波管に生じる電界を説明するための導波管の斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、導波管に生じる電界を説明するための導波管の断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、導波管開口から放射される電界を説明するための導波管の斜視図である。
【図５】図５は、処理室内の電界、および、パッチ面上の電流ベクトルの特性を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、３個の方形パッチ共振器を配置する理由を説明するための図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、３個の方形パッチ共振器を配置する理由を説明するための図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、３個の方形パッチ共振器を配置する理由を説明するための図である。
【図７】図７は、二つの被加熱物が収容された状態における、実施の形態１のマイクロ波処理装置の断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、共振部が設けられない場合における処理室内の電界分布を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、共振部が設けられた場合における処理室内の電界分布を示す図である。
【図９】図９は、本開示の実施の形態２に係る共振部の構成を示す平面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、処理室の金属壁面における共振部と給電部との配置の一例を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、処理室の金属壁面における共振部と給電部との配置の他の例を示す図である。
【図１１】図１１は、本開示の実施の形態３に係る共振部の構成を示す平面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、実施の形態３に係るマイクロ波処理装置の構成を示す断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２Ａの１２Ｂ−１２Ｂ線に沿った横断面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、実施の形態３に係るマイクロ波処理装置の他の構成を示す縦断面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図１３Ａの１３Ｂ−１３Ｂ線に沿った横断面図である。
【図１４】図１４は、本開示の実施の形態４に係るマイクロ波処理装置の構成を示す斜視図である。
【図１５】図１５は、図１４に示す共振部の特性を示す図である。
【図１６】図１６は、本開示の実施の形態５に係るマイクロ波処理装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本開示の第１の態様のマイクロ波処理装置は、被加熱物を収容する処理室と、処理室にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、マイクロ波の周波数帯域において共振周波数を有する共振部とを備える。共振部は、処理室を構成する金属壁面に生じる偏波面の向きに沿って少なくとも３個のパッチ共振器が並ぶように配置された複数のパッチ共振器を有する。
【００１６】
本開示の第２の態様のマイクロ波処理装置において、第１の態様に加えて、複数のパッチ共振器は、縦方向および横方向の各方向に少なくとも３個のパッチ共振器が並ぶように配置される。
【００１７】
本開示の第３の態様のマイクロ波処理装置において、第２の態様に加えて、複数のパッチ共振器は、十字状に配置された少なくとも５個の方形パッチ共振器を含む。
【００１８】
本開示の第４の態様のマイクロ波処理装置において、第１の態様に加えて、複数のパッチ共振器は、縦方向、横方向、および、斜め方向の各方向に少なくとも３個のパッチ共振器が放射状に並ぶように配置される。
【００１９】
本開示の第５の態様のマイクロ波処理装置において、第４の態様に加えて、パッチ共振器は円形パッチ共振器である。
【００２０】
本開示の第６の態様のマイクロ波処理装置において、マイクロ波供給部は、マイクロ波発生部と、前記マイクロ波発生部の発振周波数を制御する制御部とを備える。共振部は、共振周波数の異なる複数の共振部を有する。制御部は、発振周波数を制御することで、複数の共振部のうちの共振する共振部を切り替える。
【００２１】
本開示の第７の態様のマイクロ波処理装置において、第６の態様に加えて、共振部は複数の共振部を有する。複数の共振部のそれぞれは、処理室を構成する一つの金属壁面上の分割された複数の領域のそれぞれに設けられる。複数の共振部は、互いに異なる共振周波数を有する。
【００２２】
本開示の第８の態様のマイクロ波処理装置において、第６の態様に加えて、複数の共振部のぞれぞれは、複数の共振部の配置の順序に応じた共振周波数を有する。
【００２３】
本開示の第９の態様のマイクロ波処理装置において、第８の態様に加えて、複数の共振部のそれぞれは、複数の共振部の配置の順序に応じた長さの導体を有する。
【００２４】
以下、本開示のマイクロ波処理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。本実施の形態のマイクロ波処理装置は電子レンジである。しかし、本開示のマイクロ波処理装置は、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処理装置、化学反応処理装置、半導体製造装置などを含む。
【００２５】
（実施の形態１）
図１〜図８Ｂを参照して、本開示の実施の形態１を説明する。図１は、本実施の形態に係るマイクロ波処理装置１００の斜視図である。
【００２６】
図１に示すように、マイクロ波処理装置１００は、金属壁面で囲まれた処理室１０１、処理室１０１にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部１６０を備える。マイクロ波供給部１６０は、導波管１０２、給電部１０３、マイクロ波発生部１０４、および、制御部１０５を含む。
【００２７】
導波管１０２は、矩形形状の断面を有し、ＴＥ１０モードでマイクロ波を伝送する。給電部１０３は、導波管１０２と処理室１０１との接続部分に形成された導波管開口である。導波管開口の中心は、図１における処理室１０１の左右方向の中心線Ｌ１と前後方向の中心線Ｌ２との交点に位置する。導波管開口は、二つの辺が中心線Ｌ１、Ｌ２に平行な矩形形状を有する。
【００２８】
制御部１０５は、加熱処理に関する情報を受け取り、その情報に応じた出力および周波数の電力を発生させるようにマイクロ波発生部１０４を制御する。
【００２９】
処理室１０１内において、給電部１０３に対向する天井面に共振部１０６が配置される。図２は、共振部１０６の構成を示す平面図である。図２に示すように、共振部１０６は、３×１のマトリクス状に配列された３個の方形パッチ共振器１０６ａを含む。
【００３０】
方形パッチ共振器１０６ａは、誘電体１０６ｂと方形導体１０６ｃとを有する。方形パッチ共振器１０６ａは、マイクロ波発生部１０４から発生されるマイクロ波の周波数帯域である２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚの間に共振周波数を有する。
【００３１】
図３Ａ、図３Ｂは、方形パッチ共振器により生じる反射位相の周波数特性を示す図である。図３Ａの縦軸は反射位相を表し、図３Ｂの縦軸は反射位相の絶対値を表す。
【００３２】
図３Ａに示すように、方形パッチ共振器１０６ａの方形導体１０６ｃの側から見た時の反射係数の位相（以下、反射位相と呼ぶ）は、２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚの周波数帯域においてほぼ＋１８０度からほぼ−１８０度に変化する。図３Ａに示す特性では、方形パッチ共振器１０６ａの共振周波数は２．４５ＧＨｚに設定される。
【００３３】
図３Ｂは、図３Ａの縦軸を絶対値で表したものである。図３Ｂに示すように、ほとんどの周波数では反射位相は１８０度であるが、２．４５ＧＨｚ近傍では反射位相は０度まで低下する。方形導体１０６ｃの長さを方形導体１０６ｃを流れる電流の波長の半分程度に設定すると、共振が発生する。
【００３４】
例えば、一般的な電子レンジで用いられる２．４５ＧＨｚのマイクロ波の波長は、誘電率が１の空気中において約１２０ｍｍである。このため、誘電体１０６ｂが、比誘電率が１に近い、例えば発泡スチロールである場合、方形導体１０６ｃの長さを６０ｍｍ程度に設定すればよい。方形導体１０６ｃの長さが例えば５３ｍｍでも、共振が発生する。
【００３５】
誘電体１０６ｂに汎用的な基板材料や樹脂材料を選ぶと、比誘電率が１よりも大きくなり（２〜５程度）、比誘電率が高いとマイクロ波の波長は短くなる傾向がある。このため、方形導体１０６ｃを短くすることができる。
【００３６】
なお、共振部１０６の方形導体１０６ｃを有するパッチ面の反対側の面は、処理室１０１の金属壁面と同電位を有する。
【００３７】
ここで、給電部１０３から放射されるマイクロ波の電界の向きについて図４Ａ〜図４Ｃを参照して説明する。
【００３８】
図４Ａ〜図４Ｃは、導波管に生じる電界を説明するための図である。図４Ａは、導波管の斜視図である。図４Ｂは、開口の正面から見た導波管の断面図である。図４Ｃは、導波管開口から放射される電界を説明するための図である。
【００３９】
マイクロ波は、導波管１０２により図４Ａに示すＺ軸の正方向に伝送され、給電部１０３から放射される。導波管１０２の幅ａを、マイクロ波の波長λの１／２からマイクロ波の波長λの間に設定し、導波管１０２の高さｂを、マイクロ波の波長λの１／２に設定すると、導波管１０２はＴＥ１０モードでマイクロ波を伝送する。
【００４０】
図４Ｂに示すように、ＴＥ１０モードにおいて、高さ方向に矢線Ｅ１で表される電界が生じ、幅方向に矢線Ｈ１で表される磁界が生じる。電界は、導波管１０２内の幅方向における中央で最大となり、導波管１０２内の両端で０となる。このため、電界強度分布は、破線Ｅ２のように示される。
【００４１】
図４Ｃに示すように、ＴＥ１０モードにおいて、給電部１０３からＺ軸の正方向に電界が放射される。この電界のベクトル成分は、矢線Ｅ１と同じくＹ方向（すなわち、導波管の高さ方向）にのみ振動し、時間とともにＺ方向に伝送される。このため、電界は、破線Ｅ３のように伝送される。
【００４２】
導波管１０２から放射された後も、電界ベクトルは主にＹ方向にのみ振動する。この電界ベクトルの振動方向を偏波と呼び、振動方向と伝送方向とで形成される面（この場合、ＹＺ面）を偏波面と呼ぶ。
【００４３】
一般的に、ＴＥ１０モードで伝送する導波管において、偏波面は、導波管の高さ方向（Ｙ方向）と伝送方向（Ｚ方向）で形成される面（ＹＺ面）となる。図１においても同様に、導波管１０２から給電部１０３を介して処理室１０１に放射されるマイクロ波は、振動方向（図１の一点鎖線Ｌ１の方向）と伝送方向（図１の上方向）とで形成される、破線Ｅ４で示される偏波面を有する。
【００４４】
処理室１０１内では、マイクロ波は金属壁面で反射を繰り返しながら、処理室１０１内の被加熱物に吸収される。処理室１０１内の電界成分は、主に偏波面に平行な向きに生じ、他の向き（例えば、図１のＬ２方向成分）にはほとんど生じない。
【００４５】
本実施の形態においては、図１に示すように、３個の方形パッチ共振器１０６ａが破線Ｅ４で示される偏波面に沿って並ぶように、共振部１０６が配置される。
【００４６】
図５は、方形パッチ共振器１０６ａの個数と位置とを変えた場合の、処理室１０１内の電界、および、方形パッチ共振器１０６ａのパッチ面上の電流ベクトルの特性を示す図である。図５は、上から順に、解析モデル、観測面Ｏ１上の電界、観測面Ｏ２上の電界、方形パッチ共振器１０６ａのパッチ面上の電流ベクトルを記載する。
【００４７】
図５の上段に示す解析モデルは、図１と同じように処理室１０１に導波管１０２が接続された構成を有する。ただし、この解析モデルは、図１の場合とは上下が逆である。
【００４８】
観測面Ｏ１は、処理室１０１の前後方向の中央における断面、すなわち、図１の一点鎖線Ｌ２に沿った断面であり、図１の破線Ｅ４で示される偏波面と直交する。観測面Ｏ２は、処理室１０１の左寄りに位置して観測面Ｏ１と直交し、図１の一点鎖線Ｌ１と、破線Ｅ４で示される偏波面とに平行である。
【００４９】
図５の中ほどの２段には、観測面Ｏ１上の電界、観測面Ｏ２上の電界が等電界強度線図で示される。図５の最下段には、方形パッチ共振器１０６ａのパッチ面上の電流ベクトルが示される。方形パッチ共振器１０６ａの位置は解析モデルによって異なるので、パッチ面上の電流ベクトルは、方形パッチ共振器１０６ａの配置に対応する位置（奥、中央、手前）に記載される。図中の二等辺三角形は電流ベクトルの向きを示す。
【００５０】
図５に示すように、４種類の解析を行った。解析Ａでは、方形パッチ共振器１０６ａは使用されない。解析Ｂでは、１個の方形パッチ共振器１０６ａが前後方向の中央に配置される。解析Ｃでは、２個の方形パッチ共振器１０６ａが奥と手前とに一つずつ配置される。解析Ｄでは、３個の方形パッチ共振器１０６ａが奥と中央と手前とに配置される。
【００５１】
ここで、観測面Ｏ２をどの程度左寄りに配置するかについて説明する。まず、解析Ａにおける観測面Ｏ１上の電界分布を参照して、解析モデルの処理室１０１の下面において定在波の腹が生じる位置が選択される。図５では、位置１１１が選択される。
【００５２】
観測面Ｏ１上の位置１１１を通り観測面Ｏ１に直交する面が、観測面Ｏ２に設定される。このときの観測面Ｏ２上の電界分布を参照すると、観測面Ｏ１と観測面Ｏ２との交わる部分の位置１１２に、定在波の腹が生じている。
【００５３】
次に、観測面Ｏ１上の電界と観測面Ｏ２上の電界とに着目し、解析Ｂ、Ｃ、Ｄにおける解析Ａからの変化を調べることで、方形パッチ共振器１０６ａの効果を考察する。
【００５４】
解析Ａでは、観測面Ｏ１、観測面Ｏ２とも電界分布が左右対称である。位置１１１の電界は強く、位置１１３、位置１１４の電界は弱く、位置１１２上の電界は、位置１１１、位置１１３の電界の中間くらいである。
【００５５】
解析Ｂでは、位置１１１、位置１１２上の電界は弱い。特に観測面Ｏ２の位置１１２には、定在波の節が生じている。観測面Ｏ１における電界の左右対称性は崩れている。
【００５６】
解析Ｂでは、１個の方形パッチ共振器１０６ａが観測面Ｏ２の前後方向の中央に配置される。すなわち、解析Ｂでは、１個の方形パッチ共振器１０６ａが、解析Ａにおける定在波の腹の位置に配置される。解析Ｂの結果は、定在波の腹の位置に配置された方形パッチ共振器１０６ａが、定在波の腹を節に変化させたことを示している。
【００５７】
図３Ａ、図３Ｂの特性によれば、２．４５ＧＨｚの周波数に対する方形パッチ共振器１０６ａの反射位相は略０度である。これは、パッチ面への入射波とパッチ面からの反射波との位相差が略０度であることを意味する。通常の金属壁面における入射波と反射波との位相差は１８０度であることを勘案すると、共振部１０６の近傍で、通常とは異なる定在波分布が形成されたことが分かる。
【００５８】
反射位相が略０度であれば、インピーダンスは無限大となる。このため、パッチ面を流れる高周波電流は抑制され、マイクロ波は共振部１０６から遠ざかる。これが、共振部１０６近傍の電界が弱まる原因である。この影響により、観測面Ｏ１の左右対称性が崩れると推測される。この効果を第一の効果と呼ぶ。
【００５９】
解析Ｃでは、解析Ａの場合と同様に、位置１１１、位置１１２の電界は強い。方形パッチ共振器１０６ａが配置された位置１１３、１１４では、電界は弱い。解析Ａでは、位置１１３、１１４には定在波の節が生じている。すなわち、解析Ｃの結果は、電界が弱い定在波の節に配置された方形パッチ共振器１０６ａは、あまり定在波分布に影響を与えないことを示している。
【００６０】
解析Ｄでは、位置１１１、位置１１２の電界が弱く、領域１１５に強い電界が生じている。観測面Ｏ１の左右対称性は崩れている。解析Ｄの結果は、解析Ｂの効果と解析Ｃの効果が合算されたことを示していると思われる。しかし、それだけではなく、領域１１５に強い電界が生じている。これは、３個の方形パッチ共振器１０６ａが配置されたことの特有の効果である。
【００６１】
考察のヒントとして、解析Ｄにおいて図５の最下段に示すパッチ面上の電流ベクトルについて考える。３個の電流ベクトルを比較すると、電流ベクトル１１６と電流ベクトル１１７とにおいては図５の下向きのベクトルが多いのに対し、電流ベクトル１１８においては図５の上向きのベクトルが多い。これを参考にして、３個の方形パッチ共振器１０６ａの配置の効果に関する仮説について、図６Ａ〜図６Ｃを参照して説明する。
【００６２】
図６Ａ〜図６Ｃは、３個の方形パッチ共振器１０６ａを配置する理由を説明するための図である。図６Ａは、２個の方形パッチ共振器を離間させて強い電界中に配置した場合の電界を説明するための図である。図６Ｂは、３個の方形パッチ共振器を配置したときに生じる逆向きの電界を説明するための図である。図６Ｃは、図６Ｂにおいて強い電界が弱い電界になることを説明するための図である。
【００６３】
図６Ａにおける二つの方形パッチ共振器１０６ａは、図５中の解析Ｂに示す２個の方形パッチ共振器１０６ａに対応する。図６Ａに示すように、強い電界１１９により同じ向きの電流ベクトル１１６、１１７が生じ、２個の方形パッチ共振器１０６ａの間に互いに逆向きの電界１２０、１２１が発生する。
【００６４】
図６Ｂに示すように、図６Ａにおける２個の方形パッチ共振器１０６ａの間に、もう１個の方形パッチ共振器１０６ａが配置されると、電界１２０と同じ向きの誘導電界１２２と、電界１２１と同じ向きの誘導電界１２３とが励起される。
【００６５】
図６Ｃに示すように、誘導電界１２２、１２３により、中央に配置された方形パッチ共振器１０６ａには逆向きの電流ベクトル１１８が発生する。これにより、強い電界１１９を打ち消す逆向きの電界１２４が生じる。その結果、強い電界を、３個の方形パッチ共振器１０６ａで生じさせた逆向きの電界で弱めることができる。
【００６６】
このように、上記仮説では、中央に配置された方形パッチ共振器１０６ａに発生する電流ベクトル１１８は、それぞれ奥および手前に配置された方形パッチ共振器１０６ａに発生する電流ベクトル１１６、１１７と逆向きである。この結果は、図５の解析Ｄと一致する。この効果を第二の効果と呼ぶ。第二の効果は、３個の方形パッチ共振器１０６ａを配置することによる、上記第一の効果とは別の効果と考えられる。
【００６７】
従って、図５の解析Ｂは、定在波の腹の位置に配置された１個の方形パッチ共振器１０６ａが電界を弱めるという第一の効果のみを示す。図５の解析Ｄは、３個の方形パッチ共振器１０６ａが電界を弱めるという第二の効果が、第一の効果に合算されることを示す。
【００６８】
従って、解析Ｄは、解析Ｂに比べて方形パッチ共振器１０６ａの近傍の場所の電界をより一層弱めるという効果を示す。その結果、方形パッチ共振器１０６ａから離れた場所の電界が相対的に強められ、領域１１５に強い電界が生じたと考えられる。
【００６９】
第二の効果は、方形パッチ共振器１０６ａが定在波の腹の位置に配置されると電界が弱まる一方、方形パッチ共振器１０６ａが定在波の節の位置に配置されても定在波は変化しないことである。
【００７０】
なぜならば、方形パッチ共振器１０６ａが定在波の節の位置に配置されると、奥と手前との方形パッチ共振器１０６ａに逆向きの電流が流れ、２個の方形パッチ共振器１０６ａの間に同じ向きの電界が発生し、中央の共振部が配置されても上述のような誘導電界や逆向きの電流が生じないからである。
【００７１】
以下、処理室１０１に二つの被加熱物を収容する場合について説明する。図７は、二つの被加熱物が収容された状態における、マイクロ波処理装置１００の断面図である。
【００７２】
図７に示すように、処理室１０１は、給電部１０３の上方に配置された載置板１０７を有する。載置板１０７は、低誘電損失材料で構成される。載置板１０７には、被加熱物１０８、１０９が配置される。この状態において、マイクロ波発生部１０４がマイクロ波１１０を供給する。
【００７３】
図８Ａ、図８Ｂは、図７に示す処理室１０１内の電界分布を示す図である。図８Ａは、共振部１０６が設けられない場合の電界分布を示し、図８Ｂは、共振部１０６が処理室１０１の右側の天井面に設けられた場合の電界分布を示す。
【００７４】
図８Ａに示すように、共振部１０６が設けられない場合、処理室１０１内にはほぼ左右対称の電界分布が生じ、より均一な定在波分布が現れる。
【００７５】
一方、図８Ｂに示すように、共振部１０６が処理室１０１の右側の天井面に設けられると、処理室１０１の右側に弱い電界が生じ、処理室１０１の左側に強い電界が生じる偏在した定在波分布が現れる。この場合、被加熱物１０８に吸収される電力は、被加熱物１０９のそれに対して約２．７倍多くなった。
【００７６】
以上のように、本実施の形態のマイクロ波処理装置１００は、金属壁面で囲まれた処理室１０１と、処理室１０１にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部１６０と、マイクロ波の周波数帯域において共振周波数を有する共振部１０６とを備える。共振部１０６は、処理室１０１を構成する金属壁面に生じる偏波面の向きに沿って配置された３個のパッチ共振器（方形パッチ共振器１０６ａ）を有する。
【００７７】
本構成では、共振周波数の近傍の周波数を有するマイクロ波が処理室１０１に供給されると、共振部１０６の表面で、マイクロ波は略０度の位相差で反射される。一方、処理室１０１の金属壁面では、マイクロ波は１８０度の位相差で反射される。これにより、電界の向きが反転する。その結果、処理室１０１内に出現する定在波分布に何らかの変化が生じる。
【００７８】
特に、偏波面の向きに沿って３個の方形パッチ共振器１０６ａが配置されると、処理室１０１内に現れる定在波分布にどのような変化が生じるのかをより明確にすることができる。
【００７９】
第一に、定在波の腹に３個の方形パッチ共振器１０６ａが配置されると、両端の方形パッチ共振器１０６ａには、同じ方向の電界および電流が生じる。中央の方形パッチ共振器１０６ａには、両端の方形パッチ共振器１０６ａとは逆の方向の電界および電流が生じる。この逆向きの電界が強い電界を打ち消すように作用して、定在波の腹が節に変化する。
【００８０】
第二に、定在波の節に３個の方形パッチ共振器１０６ａが配置されると、定在波は変化しない。すなわち、偏波面の向きに沿って３個の方形パッチ共振器１０６ａが配置されると、方形パッチ共振器１０６ａが配置された場所が定在波の腹の位置であるか、節の位置であるかに関わらず、常にその場所に定在波の節が生じる。
【００８１】
この効果により、処理室１０１内の定在波分布、すなわち、マイクロ波エネルギー分布を制御することができる。従って、例えば、複数の被加熱物を同時加熱する場合、それぞれの被加熱物に所望のマイクロ波エネルギーを吸収させることができる。
【００８２】
例えば、一方の被加熱物が載置された場所に定在波の節が生じるように制御することで、一方の被加熱物が、他方の被加熱物よりもマイクロ波エネルギーを吸収しないように制御することができる。
【００８３】
本実施の形態では、共振部１０６は、扁平な方形パッチ共振器１０６ａを含む。これにより、処理室１０１の内部の有効容積をほとんど損なうことなく、共振部１０６を配置することができる。
【００８４】
方形パッチ共振器１０６ａは、パッチ面が処理室１０１の内側を向き、パッチ面と反対側の面が処理室１０１の金属壁面と同電位を有するように配置される。この構成により、処理室１０１の内部の有効容積を十分に確保することができる。
【００８５】
３個の方形パッチ共振器１０６ａが、処理室１０１を構成する金属壁面の一つに配置される。これにより、共振部１０６による定在波分布の変化を容易に予測することができる。その結果、被加熱物を所望のように加熱することができる。
【００８６】
本実施の形態では、給電部１０３が配置された処理室１０１の金属壁面に対向する処理室１０１の金属壁面に、共振部１０６が配置される。これにより、マイクロ波エネルギー分布を給電部１０３の近傍に集中させることができる。その結果、給電部１０３からのマイクロ波エネルギーとともに、被加熱物を効率よく加熱することができる。
【００８７】
マイクロ波供給部１６０は、マイクロ波発生部１０４と、マイクロ波発生部１０４の発振周波数および出力を制御する制御部１０５とを備える。これにより、複数の被加熱物を同時に加熱することができる。
【００８８】
共振部１０６が、４個以上の方形パッチ共振器１０６ａを含んでもよい。この場合、４個以上のパッチ共振器のうちの隣接する３個のパッチ共振器の組合せによってその組合せの中心位置は異なる。これは、実質的に３個のパッチ共振器の組合せが複数存在することに相当する。
【００８９】
このため、例えば定在波の腹の位置が想定からずれたとしても、想定していた３個のパッチ共振器の組合せとは異なる他の３個のパッチ共振器の組合せが、上述の共振部１０６と同様に機能する可能性がある。
【００９０】
（実施の形態２）
図９〜図１０Ｂを参照して、本開示の実施の形態２を説明する。本実施の形態に係るマイクロ波処理装置１００は、共振部１０６以外は基本的に実施の形態１と同じ構成を有する。
【００９１】
図９は、本実施の形態における共振部１０６の構成を示す図である。図９に示すように、共振部１０６は、正方形形状の方形導体１０６ｃを有する。方形導体１０６ｃが３×３のマトリクス状に分割された９個の領域を有すると考えると、中央の行および中央の列に含まれる５個の領域のそれぞれに、誘電体１０６ｂが設けられる。
【００９２】
すなわち、中央の行には、３個の方形パッチ共振器１０６ａが横方向に並べられ、中央の列には、３個の方形パッチ共振器１０６ａが縦方向に並べられる。本実施の形態の共振部１０６は、十字状に配置された５個の方形パッチ共振器１０６ａを有する。
【００９３】
図１０Ａ、図１０Ｂは、処理室１０１の一つの金属壁面（例えば、天井面）における共振部１０６と給電部１０３との配置の例を示す図である。
【００９４】
図１０Ａに示す構成では、給電部１０３が横長の導波管開口を有する。このため、電界Ｅ１の振動方向は縦方向（図１０Ａにおける上下方向）となり、偏波面は縦方向となる。
【００９５】
このため、本構成では、十字状に配置された５個の方形パッチ共振器１０６ａのうち、縦方向に配置された３個の方形パッチ共振器１０６ａが、実施の形態１における共振部１０６と同様に機能する。
【００９６】
図１０Ｂに示す構成では、給電部１０３が縦長の導波管開口を有する。このため、電界Ｅ１の振動方向は横方向（図１０Ａにおける左右方向）となり、偏波面は横方向となる。
【００９７】
このため、本構成では、十字状に配置された５個の方形パッチ共振器１０６ａのうち、横方向に配置された３個の方形パッチ共振器１０６ａが、実施の形態１における共振部１０６と同様に機能する。なお、本実施の形態では、縦方向、横方向はそれぞれ、図１における処理室１０１の前後方向、左右方向に相当する。
【００９８】
電子レンジの場合、一般的に、図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、処理室１０１は横長の直方体形状であり、給電部１０３は処理室１０１の外形に平行に配置される。しかし、図１０Ａに示す構成、図１０Ｂに示す構成のどちらを選ぶかは設計次第である。従って、共振部１０６が図９に示す構成を有すれば、共振部１０６は、図１０Ａに示す構成、図１０Ｂに示す構成のどちらにおいても、実施の形態１における共振部１０６と同様に機能する。
【００９９】
以上のように、本実施の形態において、共振部１０６は、十字状に配置された５個のパッチ共振器（方形パッチ共振器１０６ａ）を有する。本構成により、縦方向の偏波面、横方向の偏波面のいずれの対しても、定在波の腹を節に変化させることができる。本実施の形態によれば、処理室１０１内の定在波分布、すなわち、マイクロ波エネルギー分布を制御することができる。
【０１００】
本実施の形態では、共振部１０６は、十字状に配置された５個の方形パッチ共振器１０６ａを有する。すなわち、共振部１０６は、縦方向および横方向に３個のパッチ共振器が並ぶように配置された、合計５個のパッチ共振器を有する。この構成により、実施の形態１の共振部１０６を縦方向と横方向とにそれぞれ一つずつ設ける場合に比べて、必要な方形パッチ共振器１０６ａの個数を減らすことができる。
【０１０１】
共振部１０６において、縦方向および横方向に、４個以上の方形パッチ共振器１０６ａが配置されてもよい。この場合、４個以上のパッチ共振器のうちの隣接する３個のパッチ共振器の組合せによってその組合せの中心位置は異なる。これは、実質的に３個のパッチ共振器の組合せが複数存在することに相当する。
【０１０２】
このため、例えば定在波の腹の位置が想定からずれたとしても、想定していた３個のパッチ共振器の組合せとは異なる他の３個のパッチ共振器の組合せが、実施の形態１における共振部１０６と同様に機能する可能性がある。
【０１０３】
（実施の形態３）
図１１〜図１３Ｂを参照して、本開示の実施の形態３を説明する。図１１は、本実施の形態に係る共振部１３０の構成を示す平面図である。
【０１０４】
図１１に示すように、共振部１３０は、円形の誘電体１３０ｂ上に配置された９個の円形導体１３０ｃを有する。９個の円形導体１３０ｃのうち、１個の円形導体１３０ｃが中央に配置され、８個の円形導体１３０ｃが、中央の円形導体１３０ｃを中心とした円周上に等間隔に配置される。すなわち、この構成では、縦方向、横方向、斜め方向のいずれにも、３個の円形パッチ共振器１３０ａが並ぶ。
【０１０５】
本実施の形態では、縦方向、横方向はそれぞれ、図１における処理室１０１の前後方向、左右方向に相当する。斜め方向は、縦方向、横方向の両方に対して４５度をなす方向である。
【０１０６】
円形導体１３０ｃの直径を、円形導体１３０ｃ上を流れる電流の波長の半分程度の長さに設定すると、共振を発生させることができる。２．４５ＧＨｚのマイクロ波の波長は、誘電率が１の空気中において約１２０ｍｍである。このため、誘電体１３０ｂの比誘電率が１に近い、例えば発泡スチロールである場合、円形導体１３０ｃの直径を６０ｍｍ程度に設定すればよい。
【０１０７】
本実施の形態では、比誘電率が３．５、ｔａｎδが０．００４、厚さが０．６ｍｍ程度の基板を誘電体１３０ｂとして用い、円形導体１３０ｃを基板上の銅箔のパターンで形成する。この構成により、共振部１３０の直径を３８ｍｍまで小さくすることができた。
【０１０８】
図１２Ａは、本実施の形態に係るマイクロ波処理装置１００の構成を示す縦断面図である。図１２Ｂは、図１２Ａの１２Ｂ−１２Ｂ線に沿った横断面図である。
【０１０９】
本実施の形態では、導波管１０２から直接マイクロ波が処理室１０１に放射されるのではなく、放射アンテナ１３１を介して処理室１０１にマイクロ波が放射される。
【０１１０】
図１２Ａ、図１２Ｂに示すように、放射アンテナ１３１は、導波管１０２に結合する結合軸１３２と放射部１３３とを有する。放射部１３３は、三つの壁面（壁面１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃ）と、壁面の周囲に設けられたフランジ１３５と、天井面１３６と、前方開口１３７とを有する。
【０１１１】
放射アンテナ１３１は、壁面１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃと天井面１３６とにより形成される導波管構造を有し、前方開口１３７から矢線１３８の方向にマイクロ波を放射する。その結果、本実施の形態のマイクロ波処理装置１００は、矢線１３８を含み図１２Ｂの紙面に垂直な偏波面を有する。
【０１１２】
モータ１３９は結合軸１３２に係合し、制御部１０５による指示に応じて結合軸１３２を回転させる。結合軸１３２の回転に伴って放射部１３３が回転すると、前方開口１３７から放射されるマイクロ波の向き、および、偏波面も回転する。
【０１１３】
このように、回転する放射アンテナ１３１を備えた構成では、偏波面は、縦方向、横方向だけでなく種々の方向を有する。このため、図１１に示す構成の共振部１３０は、図１２Ａ、図１２Ｂに示す構成において生じる偏波面に対して効果を発揮することができる。
【０１１４】
図１３Ａは、本実施の形態に係るマイクロ波処理装置１００の他の構成を示す縦断面図である。図１３Ｂは、図１３Ａの１３Ｂ−１３Ｂ線に沿った横断面図である。
【０１１５】
図１３Ｂに示すように、本構成では、放射アンテナ１３１は、天井面１３６に設けられたＸ字形状の円偏波開孔１４０を有し、円偏波開孔１４０から図１３Ａの上方向に円偏波のマイクロ波を放射する。
【０１１６】
実施の形態１、２において、導波管開口から放射されるマイクロ波は、単一の振動方向を有する電界を生成する。マイクロ波の伝送方向も単一であるので、この場合、単一の偏波面が生じる。このようなマイクロ波は、直線偏波のマイクロ波と呼ばれる。
【０１１７】
一方、円偏波のマイクロ波では、Ｘ字状の円偏波開孔１４０の交点を中心に電界自体が回転する。このため、偏波面は、縦方向、横方向だけでなく種々の方向を有する。図１１に示す構成の共振部１３０は、図１３Ａ、図１３Ｂに示す構成において生じる偏波面に対して効果を発揮することができる。
【０１１８】
以上のように、本実施の形態において、共振部１３０は、中央に配置された１個の円形パッチ共振器１３０ａと、当該１個の円形パッチ共振器１３０ａを中心とした円周上に等間隔に配置された８個の円形パッチ共振器１３０ａとを含む。この構成では、縦方向、横方向、斜め方向のいずれにも、３個のパッチ共振器が並ぶ。
【０１１９】
この構成により、縦方向、横方向、斜め方向のいずれにも、共振部１３０が、実施の形態１における共振部１０６と同様に機能する。
【０１２０】
本実施の形態において、共振部１３０は、円形導体１３０ｃを含む円形パッチ共振器１３０ａにより構成される。パッチ共振器では、導体の長さによって共振が発生するかどうかが決まる。円形導体は、縦、横、斜めのいずれの方向に対しても同じ長さを有する。
【０１２１】
このため、共振部１３０を用いれば、縦、横、斜めのいずれの偏波面に対しても共振を発生させることができる。本実施の形態によれば、処理室１０１内の定在波分布、すなわち、マイクロ波エネルギー分布を制御することができる。
【０１２２】
本実施の形態の共振部１３０は、上記構成に限定されない。例えば、共振部１３０が、３×３のマトリクス状に配置された９個のパッチ共振器を有してもよい。すなわち、本実施の形態では、共振部１３０は、縦方向、横方向、および、斜め方向の各方向に３個のパッチ共振器が放射状に並ぶように配置された、合計９個のパッチ共振器を有する。
【０１２３】
共振部１３０において、縦方向、横方向、および、斜め方向の各方向に、４個以上の円形パッチ共振器１３０ａが配置されてもよい。この場合、４個以上のパッチ共振器のうちの隣接する３個のパッチ共振器の組合せによってその組合せの中心位置は異なる。これは、実質的に３個のパッチ共振器の組合せが複数存在することに相当する。
【０１２４】
このため、例えば定在波の腹の位置が想定からずれたとしても、想定していた３個のパッチ共振器の組合せとは異なる他の３個のパッチ共振器の組合せが、実施の形態１における共振部１０６と同様に機能する可能性がある。
【０１２５】
（実施の形態４）
図１４、図１５を参照して、本開示の実施の形態４を説明する。図１４は、本実施の形態に係るマイクロ波処理装置１００の構成を示す斜視図である。図１５は、図１４に示す共振部の特性を示す図である。
【０１２６】
図１４に示すように、本実施の形態のマイクロ波処理装置１００は、処理室１０１の天井面に、３×３のマトリクス状に配置された９個の共振部（共振部１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、１４６、１４７、１４８、１４９）を有する。
【０１２７】
共振部１４１〜１４９の各々は、方形の誘電体上に３×３のマトリクス状に配置された９個の円形導体を有する。この構成により、共振部１４１〜１４９の各々には、９個のパッチ共振器が構成される。
【０１２８】
共振部１４１〜１４９は同じ大きさの誘電体を有する。しかし、各共振部の円形パッチ共振器に含まれた円形導体の直径は、共振部１４１から共振部１４９の順に少しずつ大きくなる。この構成により、各共振部の共振周波数は、共振部１４１から共振部１４９の順に１０ＭＨｚずつ低下する。
【０１２９】
具体的には、図１５に示すように、共振部１４１〜１４９の共振周波数は、それぞれ２．４９ＧＨｚ、２．４８ＧＨｚ、２．４７ＧＨｚ、２．４６ＧＨｚ、２．４５ＧＨｚ、２．４４ＧＨｚ、２．４３ＧＨｚ、２．４２ＧＨｚ、２．４１ＧＨｚである。反射位相の絶対値は、これらの共振周波数において０度となる。
【０１３０】
本実施の形態によれば、供給されるマイクロ波の周波数を制御することで、共振が発生する共振部を切り替えることができる。例えば、２．４９ＧＨｚの周波数のマイクロ波を供給すると、共振部１４１のみが共振する。これにより、共振部１４１が配置された左奥の領域の近傍で、定在波の腹を節に変化させることができる。その結果、左奥の領域の近傍の電界を弱めることができる。
【０１３１】
２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を供給すると、共振部１４５が配置された中央の領域の近傍で、定在波の腹を節に変化させることができる。その結果、中央の領域の電界を弱めることができる。
【０１３２】
２．４９ＧＨｚ、２．４６ＧＨｚ、２．４３ＧＨｚのマイクロ波を順番に時分割で供給すると、共振部１４１、１４４、１４７が配置された左側の領域の近傍で、定在波の腹を節に変化させることができる。これにより、左側の領域の電界を弱めることができる。この場合、右側の領域の電界は強くなり、その結果、右側に配置された被加熱物１０９を強く加熱することができる。
【０１３３】
本実施の形態では、共振部１４１〜１４９は円形パッチ共振器を有する。しかし、共振部１４１〜１４９は方形パッチ共振器を有してもよい。共振部１４１〜１４９が、実施の形態３における共振部１３０であってもよい。
【０１３４】
本実施の形態によれば、供給されるマイクロ波の周波数を制御することで、共振が発生する共振部を切り替えることができる。これにより、共振が発生する共振部の近傍で、定在波の腹を節に変化させることができる。その結果、共振が発生する共振部の近傍の電界を弱めることができる。
【０１３５】
（実施の形態５）
図１６を参照して、本開示の実施の形態５を説明する。図１６は、本実施の形態に係るマイクロ波処理装置１００の構成を示す断面図である。
【０１３６】
図１６に示すように、本実施の形態のマイクロ波処理装置１００は、処理室１０１の天井面に配置された共振部１５０を有する。共振部１５０は、処理室１０１の天井に配置された誘電体上に、ピッチＰで配置された５個の導体を有する。この構成により、共振部１５０には、５個のパッチ共振器（パッチ共振器１５１、１５２、１５３、１５４、１５５）が構成される。
【０１３７】
５個のパッチ共振器の導体は、互いに異なる長さを有する。パッチ共振器１５１の導体は長さａ１、パッチ共振器１５２の導体は長さａ２、パッチ共振器１５３の導体は長さａ３、パッチ共振器１５４の導体は長さａ４、パッチ共振器１５５の導体は長さａ５である。長さａ１〜ａ５にはａ１＞ａ２＞ａ３＞ａ４＞ａ５という関係がある。
【０１３８】
すなわち、パッチ共振器１５１〜１５５のそれぞれは、パッチ共振器１５１〜１５５の配置の順序に応じた長さの導体を有する。その結果、パッチ共振器１５１〜１５５のそれぞれは、パッチ共振器１５１〜１５５の配置の順序に応じた共振周波数を有する。
【０１３９】
これら５個のパッチ共振器のうちの隣接する３個のパッチ共振器の組合せには、左端の組合せ１６１と、中央の組合せ１６２と、右端の組合せ１６３とが含まれる。組合せ１６１は、パッチ共振器１５１、１５２、１５３からなる。組合せ１６２は、パッチ共振器１５２、１５３、１５４からなる。組合せ１６３は、パッチ共振器１５３、１５４、１５５からなる。
【０１４０】
これらの組合せに含まれたパッチ共振器の導体の長さの平均は、組合せ１６１から組合せ１６３の順に短くなる。従って、組合せ１６１に含まれた３個のパッチ共振器が周波数ｆ１で共振し、組合せ１６２に含まれた３個のパッチ共振器が周波数ｆ２で共振し、組合せ１６３に含まれた３個のパッチ共振器が周波数ｆ３で共振する場合、周波数ｆ１〜ｆ３は、この順に高くなる。
【０１４１】
具体的には、パッチ共振器１５３の導体の長さは、一般的な電子レンジで使用されるマイクロ波の波長（実効長）の略１／２に設定される。これにより、周波数ｆ２を、このマイクロ波の周波数である２．４５ＧＨｚに設定することができる。
【０１４２】
パッチ共振器１５２の導体の長さは、パッチ共振器１５３のそれより少し長く、パッチ共振器１５１の導体の長さは、パッチ共振器１５２のそれより少し長い。パッチ共振器１５４の導体の長さは、パッチ共振器１５３のそれより少し短く、パッチ共振器１５５の導体の長さは、パッチ共振器１５４のそれより少し短い。
【０１４３】
すなわち、本実施の形態では、すべてのパッチ共振器の導体は、マイクロ波の波長（実効長）の略１／２を有する。しかし、配置の位置によって、各パッチ共振器の導体の長さはわずかに異なる。
【０１４４】
本実施の形態では、中央の組合せ１６２における端部に位置するパッチ共振器を、組合せ１６２に隣接する組合せ１６１、１６３と共有する。この構成により、９個のパッチ共振器を用いることなく５個のパッチ共振器を用いて、３個のパッチ共振器からなる３個の組合せを構成することができる。
【０１４５】
本実施の形態によれば、供給されるマイクロ波の周波数を周波数ｆ１〜ｆ３のいずれかに設定することで、共振が発生するパッチ共振器の組合せを切り替えることができる。これにより、共振が発生するパッチ共振器の組合せの近傍で、定在波の腹を節に変化させることができる。その結果、共振が発生するパッチ共振器の組合せの近傍の電界を弱めることができる。
【０１４６】
本実施の形態では、３個のパッチ共振器からなる３個の組合せのそれぞれが１個の共振部に対応すると考えてもよい。すなわち、本実施の形態の共振部１５０は、３個の共振部を含むと考えてもよい。
【０１４７】
図１６に示すように、５個のパッチ共振器のパッチ面は、一つの基板材料の片面に施された銅箔で構成される。パッチ面と反対側の基板材料の面は、処理室１０１の天井面に接触する。このようにして、パッチ共振器１５１、１５２、１５３、１５４、１５５を、同一の片面基板上に配置させることができる。
【０１４８】
パッチ共振器１５１、１５２、１５３、１５４、１５５を両面基板で構成することも可能である。両面基板の一方の面にパッチ面を配置し、基板材料のパッチ面の反対側の面を処理室１０１の天井面に接触させると、反対側の面を処理室１０１の金属面と同電位とすることができる。
【０１４９】
本実施の形態によれば、供給されるマイクロ波の周波数を制御することで、共振が発生するパッチ共振器の組合せを切り替えることができる。これにより、共振が発生するパッチ共振器の組合せの近傍で、定在波の腹を節に変化させることができる。その結果、共振が発生するパッチ共振器の組合せの近傍の電界を弱めることができる。
【０１５０】
本実施の形態では、共振部１５０が、処理室１０１の天井面だけに配置される。しかし、共振部１５０が、処理室１０１の側面に配置されてもよい。例えば、処理室１０１の右側面に共振部１５０が配置されると、処理室１０１の左側に強い電界が生じる偏在した定在波分布が生じる。その結果、処理室１０１の左側に載置された被加熱物がより強く加熱される。
【０１５１】
天井面および右側面に２個の共振部１５０が一つずつ配置されると、２個の共振部１５０の相乗効果で図８Ｂの場合以上の効果が得られる可能性もある。
【０１５２】
共振部の誘電体として基板を採用すると、共振部を小型化することができる。しかし、出力されるマイクロ波のエネルギーが大きくなると、損失が発生して発熱したり、隣り合うパッチ間でスパークが発生したりする。従って、化学的反応処理などのための、小さなエネルギーのマイクロ波で十分な装置の場合は誘電体基板を用いてもよく、食品の加熱などのための、大きなエネルギーのマイクロ波が必要な装置の場合は別の方法でもよい。
【０１５３】
図６Ａ〜図６Ｃを用いて説明した第二の効果は、３個のパッチ共振器のうちの中央のパッチ共振器がグラウンドから浮いており、その電位が不確定なために生じた強い電界を、３個のパッチ共振器により生成された逆向きの電界により弱めることである。
【０１５４】
図６Ａ〜図６Ｃに示す構成のほか、中央のパッチ共振器とグラウンド面との間に、スイッチを配置し、切り替え制御を行う構成も考えられる。この場合、スイッチがオフされた場合、パッチ共振器はグラウンドから浮いているので第二の効果が生じる。しかし、スイッチがオンされた場合は、中央のパッチ共振器が接地されて第二の効果が生じない。
【０１５５】
さらに、スイッチを有効活用するために、すべてのパッチ共振器にスイッチを設ける構成も考えられる。この場合、通常はすべてのスイッチをオンさせることで、パッチ共振器を接地させて第二の効果を生じさせない。
【０１５６】
少なくとも３個のパッチ共振器のためのスイッチをオフさせて、パッチ共振器をグラウンドから浮かせると、第二の効果が生じ、その近傍の定在波の腹を節に変化させることができる。
【０１５７】
この方法によれば、周波数を制御しなくても、または、すべての同じサイズの共振部を用いても、スイッチのオンオフ制御だけにより、定在波分布を任意に制御することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５８】
本開示は、食品などの加熱処理や化学的反応処理などを行うマイクロ波処理装置に適用可能である。
【符号の説明】
【０１５９】
１００  マイクロ波処理装置
１０１  処理室
１０２  導波管
１０３  給電部
１０４  マイクロ波発生部
１０５  制御部
１０６、１３０、１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、１４６、１４７、１４８、１４９、１５０  共振部
１０６ａ  方形パッチ共振器
１０６ｂ、１３０ｂ  誘電体
１０６ｃ  方形導体
１０７  載置板
１０８、１０９  被加熱物
１１０  マイクロ波
１３０ａ  円形パッチ共振器
１３０ｃ  円形導体
１５１、１５２、１５３、１５４、１５５  パッチ共振器
１６０  マイクロ波供給部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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