(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を収納する本体と、電波を伝送する給電用伝送路と、この給電用伝送路と上記本体とを連通する結合孔と、上記本体内に延出するように上記結合孔に同軸に設けられた結合棒と、中心部がこの結合棒の軸心位置に一致し、かつ、該結合棒の軸心と直交するように該結合棒の先端に取り付けられた平板状のアンテナ板と、上記アンテナ板に穿設された複数のスロットとを備え、上記複数のスロットが結合孔対向面側の密度を大きくするように上記アンテナ板に配設され、
上記スロットは、上記アンテナ板の中央部側のスロット幅が太く、外周側のスロット幅が細い先細り形状に形成されて、その長手方向が上記アンテナ板の中央部を通り上記結合棒の軸心と直交する線分に対して傾斜するように配設されていることを特徴とする請求項１記載の高周波加熱装置。
【請求項２】
上記アンテナ板が円盤状をなし、上記複数のスロットが同一のスロット形状に形成され、上記アンテナ板の中心に対する姿勢を同じくして、同一円周上に等角ピッチで配列されていることを特徴とする請求項１記載の高周波加熱装置。
【請求項３】
電力分布調整用スロットが上記アンテナ板に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の高周波加熱装置。
【請求項４】
上記給電用伝送路が、導波管と、この導波管に連結され、上記結合孔が穿設された円柱状の共振器とから構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の高周波加熱装置。
【請求項５】
上記結合棒を回転駆動する駆動装置を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の高周波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、本体の底部に配置したアンテナを回転させつつ電波を照射して食品を加熱する高周波加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は例えば特開昭５６−１５５９４号公報に記載された従来の高周波加熱装置を示す断面図、図８は図７に示された従来の高周波加熱装置における板状アンテナの電磁界分布の模式図である。
図７および図８において、従来の高周波加熱装置１は、本体２と、本体２内に配設された例えば透明なガラス板からなる調理台板３と、本体２の下部に配設された方形導波管４と、方形導波管４の開口４ａから本体２の内部に延出された回転軸５と、回転軸５の本体２内の先端に固着された金属板からなるアンテナ板６と、回転軸５を回転駆動する駆動装置７とから構成されている。
【０００３】
つぎに、従来の高周波加熱装置の動作について説明する。
まず、食品１０が調理台板３上に載せられ、駆動装置７によりアンテナ板６が回転駆動される。そして、マグネトロン（図示せず）で発生したマイクロ波が方形導波管４に導かれ、図７中矢印８で示されるように方形導波管４内を伝送され、開口４ａおよび回転軸５からなる同軸部を経てアンテナ板６から本体２内に照射される。これにより、調理台板３上の食品１０が加熱される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高周波加熱装置においては、矩形平板状のアンテナ板６が回転軸５の本体２内の先端に固着されているので、アンテナ板６の先端部における電界強度が大きくなる。そして、アンテナ板６から照射される電磁界強度９は、図８に示されるように、アンテナ板６の長さ方向に関して両端部が大きい分布を採ってしまう。これにより、この電力分布をもったアンテナ板６を回転させることで、食品１０の特定部分、特に端部が極端に加熱され、端煮え（エッジランナウェイ）が発生してしまうという課題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、被加熱物を一様に加熱できる性能の良い高周波加熱装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る高周波加熱装置は、被加熱物を収納する本体と、電波を伝送する給電用伝送路と、この給電用伝送路と上記本体とを連通する結合孔と、上記本体内に延出するように上記結合孔に同軸に設けられた結合棒と、中心部がこの結合棒の軸心位置に一致し、かつ、該結合棒の軸心と直交するように該結合棒の先端に取り付けられた平板状のアンテナ板と、上記アンテナ板に穿設された複数のスロットとを備え、上記複数のスロットが結合孔対向面側の密度を大きくするように上記アンテナ板に配設され、上記スロットは、上記アンテナ板の中央部側のスロット幅が太く、外周側のスロット幅が細い先細り形状に形成されて、その長手方向が上記アンテナ板の中央部を通り上記結合棒の軸心と直交する線分に対して傾斜するように配設されているものである。
【０００９】
また、上記アンテナ板が円盤状をなし、上記複数のスロットが同一のスロット形状に形成され、上記アンテナ板の中心に対する姿勢を同じくして、同一円周上に等角ピッチで配列されているものである。
【００１０】
また、電力分布調整用スロットが上記アンテナ板に設けられているものである。
【００１１】
また、上記給電用伝送路が、導波管と、この導波管に連結され、上記結合孔が穿設された円柱状の共振器とから構成されているものである。
【００１３】
また、上記結合棒を回転駆動する駆動装置を備えているものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る高周波加熱装置を示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る高周波加熱装置におけるアンテナ部を示す平面図である。
図１および図２において、高周波加熱装置１００は、本体２と、本体２内に配設された例えば透明なガラス板からなる調理台板３と、本体２の下部に配設され、中心に円形の結合孔１１ａが穿設された円柱状の共振器１１と、この共振器１１に接続されてマグネトロン１２で発生した電波としてのマイクロ波を共振器１１に伝送する方形導波管１３と、本体２の内部に延出するように結合孔１１ａに同軸に配設された結合棒１４と、結合棒１４の本体２内の先端に固着された円盤状のアンテナ板１５と、結合棒１４を回転駆動するモータ等からなる駆動装置１６とから構成されている。そして、アンテナ板１５は、アルミや鉄などの金属板で作製され、中心が結合棒１４の軸心に一致し、かつ、該軸心に対して直交するように取り付けられている。ここで、８つの同一スロット形状のスロット１７がスロット長手方向とアンテナ板１５の中心を通り結合棒１４の軸心と直交する線分とのなす角度を４５度として、同一円周上に等角ピッチで配列されてスロットアンテナを構成している。なお、スロット１７はλ／２の長さを有する細長のスロット形状に形成され、λはマイクロ波の波長である。また、共振器１１の上板１１ｂはアンテナ板１５より大径の円盤状に形成されている。
【００１５】
つぎに、このように構成された高周波加熱装置１００の動作について説明する。
まず、被加熱物である食品１０が調理台板３上に載せられ、アンテナ板１５が駆動装置１６により回転駆動される。そして、マグネトロン１２で発生したマイクロ波（電波）が方形導波管１３に導かれ、図１中矢印５０で示されるように方形導波管１３内を伝送されて共振器１１に入力される。そして、共振器１１内に入力されたマイクロ波は、結合孔１１ａと結合棒１４とにより発生する同軸線路と同様なＴＥＭモード５１によりアンテナ板１５の下部側にスムーズに伝送される。アンテナ板１５の下部側に伝送されたマイクロ波は、アンテナ板１５と共振器１１の上板１１ｂとの間を、平行平板モード（平行平板を伝送するモード）５２となって結合棒１４を中心としてラジアル状に伝送される。そして、マイクロ波がアンテナ板１５と上板１１ｂとの間をラジアル状に伝送されてスロット板１５の外周縁部からアンテナ板１５の上部側に伝送される。また、ラジアル状に伝送されるマイクロ波の一部が、スロット１７に到達し、スロット１７が共振して大きな電力のマイクロ波となってスロット１７からアンテナ板１５の上部側に伝送される。そして、マイクロ波が図１に矢印５３で示されるようにスロットアンテナから照射され、調理台板３上の食品１０が加熱される。
【００１６】
ここで、このように構成されたスロットアンテナの近傍電磁界でのアンテナ板１５の上部２０ｍｍにおける電力分布をシミュレーションした結果を図３に示す。なお、単位はｄＢであり、相対的な電力分布を示している。また、アンテナ板１５は直径１６０ｍｍとしている。
８つのスロット１７が同一円周上に等角ピッチに配列されているので、遠方での放射界（スロットアンテナとしての放射界）であれば、本来、正面方向でヌルとなる。しかし、スロットアンテナ近傍の誘導電磁界であるため、電力が中心部に集中していることがわかる。図３から、アンテナ板１５の中心部と周辺部（半径８０ｍｍ付近）との電力差は約５ｄＢであり、コサイン状の均一な電力分布が得られていることがわかる。そして、スロット１７が同じスロット形状で、アンテナ板１５の中心に対する姿勢をほぼ同じくして、同一円周上に等角ピッチで配列されているので、周方向に均一な近傍電磁界分布となっている。つまり、スロット板１５の上部における電力分布が周方向に均一な分布となっている。
【００１７】
このように、この実施の形態１によれば、８つの同一形状のスロット１７を円盤状のスロット板１５に、同一円周上に等角ピッチで配列してスロットアンテナを構成しているので、アンテナ板１５の中央側におけるスロット密度が大きくなり、アンテナ板１５の中央側から照射されるマイクロ波の電力強度が大きくなる。これにより、アンテナ板１５から照射されるマイクロ波の電力分布が均一化されるので、被加熱物である食品１０の特定の部分のみが極端に加熱されることがなく、つまり端煮えの発生が抑えられ、中心部の電力が強く、かつ、全体を一様に加熱できる高周波加熱装置が得られる。
また、方形導波管１３とこれに接続された共振器１１とからマイクロ波を伝送する給電用伝送路を構成しているので、結合棒１４として金属棒を用いることができ、高耐久性化および低安価化が図られる。
また、８つの同一スロット形状のスロット１７を円盤状のアンテナ板１５の中心に対する姿勢をほぼ同じくして、同一円周上に等角ピッチで配列されてスロットアンテナを構成しているので、アンテナ板１５から照射されるマイクロ波は、コサイン状の均一な電力分布で、かつ、周方向に均一な電力分布となっている。そこで、アンテナ板１５の回転にともなう近傍電磁界分布の変化が小さく、アンテナ板１５を低速回転させても、あるいは回転させなくとも、食品１０を均一に加熱することができる。
【００１８】
ここで、スロット長手方向とアンテナ板１５の中心を通り結合棒１４の軸心と直交する線分とのなす角度（配置角）θについて検討する。
スロット１７が効率よく共振するためには、スロット長手方向をラジアル方向に対して直交するように（θが９０度）スロット１７を配置することがよい。しかし、θが９０度となるようにスロット１７を配置すると、スロット板１５に配設されるスロット数が制限されてしまうことになる。
また、スロット長手方向をラジアル方向に対して平行に（θが０度）スロット１７を配置すると、スロット板１５に多数のスロット１７を配設することができるが、各スロット１７が効率よく共振しないようになる。
そこで、配設されるスロット数を多くして、スロット１７が効率よく共振するようにするためには、スロット長手方向をラジアル方向に対して傾けてスロット１７を配置させることがよい。
この実施の形態１では、配置角θを４５度としているが、配置角θは４５度に限定されるものではなく、任意に設定でき、例えば３５度、５５度でもよい。
【００１９】
本願は、スロットアンテナを構成しているので、スロット板１５に配設されるスロット１７の配置に基づいて近傍電磁界をシミュレーションすることで、スロットアンテナの電力分布を容易に設定できるという効果がある。そこで、スロットアンテナの所望の電力分布が得られるように、スロット１７の個数、配列、配置角などを容易に設定できるようになる。
また、スロット板１５を回転駆動することを考慮すれば、径方向の電力分布が必ずしも周方向に関して均一に形成される必要もない。つまり、スロット１７をランダムにスロット板１５に配設し、径方向の電力分布を周方向に関して不均一に形成し、スロット板１５を回転させることで、食品１０を一様にむらなく加熱するようにできる。
【００２０】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、スロット１７がスロット幅を一定とした細長のスロット形状に形成されているものとしているが、この実施の形態２では、図４に示されるように、スロット１７ａがアンテナ板１５の中央部側のスロット幅を太く、外周側のスロット幅を細い先細りのスロット形状に形成されているものとしている。なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
この実施の形態２によれば、スロット板１５の中央側のスロット幅が広く形成されているので、スロット板１５の中央側からのマイクロ波の放射量を大きくすることができる。
【００２１】
なお、上記実施の形態２では、スロット長さ方向に関してスロット幅を変えてマイクロ波の放射量を調整するものとしているが、スロット長さを変えることでマイクロ波の照射量を調整することもできる。
また、上記実施の形態２では、各スロット１７ａが同一のスロット長さに形成されるものとしているが、各スロットのスロット長さを変えて近傍電磁界全体の電力分布を調整することができる。
【００２２】
実施の形態３．
この実施の形態３では、図５に示されるように、近傍電磁界分布を変える電力分布調整用スロット１８、１９がアンテナ板１５の中央側および外周側に設けられている。なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
この実施の形態３によれば、アンテナ板１５の中央側に設けられた電力分布調整用スロット１８により、アンテナ板１５の中央側の近傍電磁界が変えられる。同様に、アンテナ板１５の外周側に設けられた電力分布調整用スロット１９により、アンテナ板１５の外周側の近傍電磁界が変えられる。これにより、アンテナ板１５から照射されるマイクロ波の全体としての電力分布が均一となるように電力分布調整用スロット１８、１９を配設することにより、食品１０を一様にむらなく加熱するようにできるようになる。
【００２３】
なお、上記実施の形態１〜３では、それぞれスロットの配列、スロット形状、調整用スロットの配設について説明している。本願は、スロットアンテナとしているので、近傍電磁界をシミュレーションすることにより所望の電力分布を容易に設定できる。そこで、スロット配置およびスロット形状（スロット幅、長さ、形状等）を変え、調整用スロットを追加して、さらには結合孔１１ａの孔径を変えて共振器１１とスロットアンテナとの結合量を変えて、電力分布の径方向および周方向の調整を行い、所望の電力分布を容易に実現することができる。
【００２４】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４に係る高周波加熱装置のアンテナ構造を説明する図であり、図６の（ａ）はアンテナ部周りの平面図であり、図６の（ｂ）はアンテナ部周りの断面図である。
図６において、同軸導波管２０が方形導波管１３に接続されて給電用伝送路を構成している。そして、円形の結合孔２０ａが同軸導波管２０の中心部に穿設され、誘電体棒２１が結合孔２０ａと同軸に配設され、同軸導波管２０のプローブ２２が誘電体棒２１に巻装されている。また、アンテナ板１５が誘電体棒２１の先端に取り付けられている。さらに、誘電体棒２１が駆動装置１６により回転駆動されるようになっている。ここで、誘電体棒２１とプローブ２２とが結合棒を構成している。また、同軸導波管２０の上板２０ｂはアンテナ板１５より大径の円形に形成されている。なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００２５】
この実施の形態４では、マグネトロンで発生したマイクロ波が方形導波管１３に導かれ、方形導波管１３内を伝送されて同軸導波管２０に入力される。そして、同軸導波管２０内に入力されたマイクロ波は、結合孔２０ａとプローブ２２とにより発生する同軸線路と同様なＴＥＭモードによりアンテナ板１５の下部側にスムーズに伝送される。アンテナ板１５の下部側に伝送されたマイクロ波は、アンテナ板１５と同軸導波管２０の上板２０ｂとの間を、平行平板モードとなってラジアル状に伝送される。そして、マイクロ波がアンテナ板１５と上板２０ｂとの間をラジアル状に伝送されてスロット板１５の外周縁部からアンテナ板１５の上部側に伝送される。また、ラジアル状に伝送されるマイクロ波の一部が、スロット１７に到達し、スロット１７が共振して大きな電力のマイクロ波となってスロット１７からアンテナ板１５の上部側に伝送される。
【００２６】
従って、この実施の形態４においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、この実施の形態４では、方形導波管１３の終端に同軸導波管２０を接続し、そのプローブ２２でスロットアンテナに結合させている。同軸導波管２０は広く用いられているもので、設計法の確立している。そこで、給電用伝送路を方形導波管１３と同軸導波管２０とで構成することで、同軸導波管２０とスロットアンテナとを一体化設計できるようになり、小型化が図られる。
【００２７】
なお、上記各実施の形態では、スロット板１５が円形（円盤状）に形成されているものとしているが、スロット板１５は円形に限定されるものではなく、中央側のスロット密度を大きくするようにスロットが配設されていれば、スロット板は方形、長方形、楕円、十字形などでも良い。この場合においても、スロット板はその中央部が結合棒の軸心位置に約一致するように取り付けられることが望ましい。
また、上記各実施の形態では、スロット板１５が金属板で作製されているものとしているが、スロット板全体を金属で作製する必要はなく、例えば非金属板に金属メッキを被覆してものでもよい。
また、上記各実施の形態では、スロットアンテナを本体２の下部側に配置するものとしているが、スロットアンテナの配置はこれに限定されるものではなく、例えば本体２の上部側に配置してもよい。
また、上記各実施の形態では、食品１０を均一に加熱するためにスロットアンテナを回転するものとしているが、調理台板３を回転するようにしてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されているような効果を奏する。
【００２９】
この発明によれば、被加熱物を収納する本体と、電波を伝送する給電用伝送路と、この給電用伝送路と上記本体とを連通する結合孔と、上記本体内に延出するように上記結合孔に同軸に設けられた結合棒と、中心部がこの結合棒の軸心位置に一致し、かつ、該結合棒の軸心と直交するように該結合棒の先端に取り付けられた平板状のアンテナ板と、上記アンテナ板に穿設された複数のスロットとを備え、上記複数のスロットが結合孔対向面側の密度を大きくするように上記アンテナ板に配設され、上記スロットは、上記アンテナ板の中央部側のスロット幅が太く、外周側のスロット幅が細い先細り形状に形成されて、その長手方向が上記アンテナ板の中央部を通り上記結合棒の軸心と直交する線分に対して傾斜するように配設されているので、アンテナ板から照射される電波の電力分布が均一化され、被加熱物を均一にむらなく加熱できる性能の良い高周波加熱装置が得られる。さらに、スロット板に設けられるスロット数を多くできるとともに、スロットが効率よく共振でき、アンテナ板の中心側からの電波の照射量を大きくすることができる。
【００３２】
また、上記アンテナ板が円盤状をなし、上記複数のスロットが同一のスロット形状に形成され、上記アンテナ板の中心に対する姿勢を同じくして、同一円周上に等角ピッチで配列されているので、アンテナ板から照射される電波のラジアル方向の電力分布が周方向に均一なものとなる。
【００３３】
また、電力分布調整用スロットが上記アンテナ板に設けられているので、アンテナ板から照射される電波の電力分布を所望の分布に設定できる。
【００３４】
また、上記給電用伝送路が、導波管と、この導波管に連結され、上記結合孔が穿設された円柱状の共振器とから構成されているので、結合棒を金属製にでき、低価格化、高耐久性化が図られる。
【００３６】
また、上記結合棒を回転駆動する駆動装置を備えているので、被加熱物を均一に加熱できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係る高周波加熱装置を示す断面図である。
【図２】  この発明の実施の形態１に係る高周波加熱装置におけるアンテナ部を示す平面図である。
【図３】  この発明の実施の形態１に係る高周波加熱装置におけるアンテナ板上の電力分布を示す図である。
【図４】  この発明の実施の形態２に係る高周波加熱装置におけるアンテナ板を示す平面図である。
【図５】  この発明の実施の形態３に係る高周波加熱装置におけるアンテナ板を示す平面図である。
【図６】  この発明の実施の形態４に係る高周波加熱装置のアンテナ構造を説明する図である。
【図７】  従来の高周波加熱装置を示す断面図である。
【図８】  従来の高周波加熱装置における板状アンテナの電磁界分布の模式図である。
【符号の説明】
２  本体、１０  食品（被加熱物）、１１  共振器（給電用伝送路）、１１ａ結合孔、１３  方形導波管（給電用伝送路）、１４  結合棒、１５  アンテナ板、１６  駆動装置、１７、１７ａ  スロット、１８、１９  電力分布調整用スロット、２０  同軸導波管（給電用伝送路）、２０ａ  結合孔、２１  誘電体棒（結合棒）、２２  プローブ（結合棒）、１００  高周波加熱装置。
【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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