JPH11144861A - マイクロ波キャビティ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はマイクロ波空間に生じる電磁波分布
を可変制御し、被加熱物の加熱の均一化を促進するマイ
クロ波キャビティを提供するものである。 【解決手段】 マイクロ波空間１７と、開孔部１８と、
開孔部１８に連結する所定の溝深さを有するインピーダ
ンス変換手段である溝部２０とを備え、マイクロ波伝搬
によりマイクロ波空間を形成する金属壁面には高周波電
流が流れる。金属壁面に設けた開孔部により、高周波電
流は分断されるが、インピーダンス変換手段が開孔部に
所定のインピーダンスを形成することで、開孔部には制
限された高周波電流を流すことができる。高周波電流の
流れを制限する開孔部に入射したマイクロ波の反射波
は、金属壁面に入射したマイクロ波の反射波とは異なる
伝搬形態になり、マイクロ波空間にはマイクロ波の多重
伝搬が生じ、マイクロ波空間内にさまざまな電磁波分布
を形成させることができる。

Description

【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
ギを用いて被加熱物を誘電加熱する高周波加熱装置に適
用されるマイクロ波キャビティに関するものであり、特
に被加熱物の加熱の均一化を促進するマイクロ波キャビ
ティに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のマイクロ波キャビティに
おいて、キャビティ内に収納された被加熱物の加熱の均
一化を図る手段としては、電波攪拌方式、被加熱物回転
方式、複数給電方式あるいは凹凸形状壁面キャビティな
どがある。

【０００３】電波攪拌方式は、マイクロ波キャビティ内
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、キャビティ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、キャビティ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。

【０００４】被加熱物回転方式は、被加熱物を載置する
載置皿を回転駆動させる構成からなる。この方式では、
キャビティ構造および被加熱物の種類や形状等により決
定されたマイクロ波キャビティ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。

【０００５】複数給電方式は、マイクロ波キャビティを
形成する金属境界面の複数の個所からキャビティ内にマ
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
マイクロ波がキャビティ内に給電されることである。キ
ャビティ内に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キャビティ内にマイ
クロ波の乱反射状態を生じさせるものである。

【０００６】凹凸形状壁面キャビティ構造方式は、マイ
クロ波キャビティ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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電波攪拌方式のマイクロ波キャビティは、金属性板状羽
根によって反射されるマイクロ波をキャビティ内に均一
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課題を有してい
た。

【０００８】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キャビティ内に生じる電磁場
分布は自ずと決まってしまうため、一つの被加熱物に対
応して生じた電磁場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
ることができない課題を有していた。

【０００９】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キャビティ内に生じるので、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課題を有してい
た。

【００１０】さらに、凹凸形状壁面のキャビティ構造は
被加熱物の加熱の均一化を促進できうる乱反射をキャビ
ティ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
イクロ波キャビティの構成が複雑となり実用性に難しい
構成を強いられる課題を有していた。

【００１１】本発明は高周波加熱装置に適用されるマイ
クロ波キャビティにおいて、マイクロ波空間に生じる電
磁波分布を可変制御し、被加熱物の加熱の均一化を促進
するマイクロ波キャビティを提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のマイクロ波キャ
ビティは上記課題を解決するために、被加熱物が収納さ
れるとともに給電されたマイクロ波を実質的に閉じ込め
るマイクロ波空間と、前記マイクロ波空間を形成する金
属壁面に生じる高周波電流の流れを分断するように設け
た開孔部と、前記開孔部におけるインピーダンスを変え
るインピーダンス変換部とを備えている。

【００１３】上記発明によれば、マイクロ波伝搬により
マイクロ波空間を形成する金属壁面には高周波電流が流
れる。金属壁面に設けた開孔部により、高周波電流は分
断されるが、インピーダンス変換手段が開孔部に所定の
インピーダンスを形成することで、開孔部には制限され
た高周波電流を流すことができる。高周波電流の流れを
制限する開孔部に入射したマイクロ波の反射波は、金属
壁面に入射したマイクロ波の反射波とは異なる伝搬形態
になり、マイクロ波空間にはマイクロ波の多重伝搬が生
じ、マイクロ波空間内にさまざまな電磁波分布を形成さ
せることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明は請求項１のマイクロ波キ
ャビティは、給電されたマイクロ波を実質的に閉じ込め
るマイクロ波空間と、前記マイクロ波空間を形成する金
属壁面に生じる高周波電流の流れを分断するように設け
た開孔部と、前記開孔部におけるインピーダンスを変え
るインピーダンス変換手段とを備えている。

【００１５】そして、マイクロ波伝搬によりマイクロ波
空間を形成する金属壁面には高周波電流が流れる。金属
壁面に設けた開孔部により、高周波電流は分断される
が、インピーダンス変換手段が開孔部に所定のインピー
ダンスを形成することで、開孔部には制限された高周波
電流を流すことができる。高周波電流の流れを制限する
開孔部に入射したマイクロ波の反射波は、金属壁面に入
射したマイクロ波の反射波とは異なる伝搬形態になり、
マイクロ波空間にはマイクロ波の多重伝搬が生じ、マイ
クロ波空間内にさまざまな電磁波分布を形成させること
ができる。

【００１６】また本発明は請求項２および３のマイクロ
波キャビティは、給電されたマイクロ波を実質的に閉じ
込める略直方六面体からなるマイクロ波空間と、前記直
方六面体の少なくとも一面に設けた開孔部と、前記開孔
部から前記マイクロ波空間の外側に延在する終端が閉じ
られた溝部と、前記溝部内に設けられたインピーダンス
変換部とを備えている。そして開孔部は、直方六面体を
構成する金属壁面に生じる高周波電流の流れを分断する
ように配設されている。

【００１７】そして、溝部はマイクロ波を実質的に閉じ
込める構成とし、溝部を介して高周波電流が流れること
を可能にしている。溝部には開孔部からマイクロ波が入
射しその内部を伝搬し、溝部の終端で反射して開孔部よ
り再びマイクロ波空間に伝搬する。溝部に設けたインピ
ーダンス変換部は、開孔部に規定のインピーダンスを生
じさせ、開孔部に入射したマイクロ波の溝部内への伝搬
を規定する。そして、開孔部に入射したマイクロ波の反
射特性を開孔部以外に入射して生じるマイクロ波の反射
特性と変えている。このインピーダンス変換部を設ける
ことにより、マイクロ波空間内にマイクロ波の多重伝搬
あるいはさまざまな電磁場分布を生じさせることができ
る。

【００１８】さらに本発明は請求項４のマイクロ波キャ
ビティは、被加熱物が収納されるとともに給電されたマ
イクロ波を実質的に閉じ込めるマイクロ波空間と、前記
マイクロ波空間を形成するとともにマイクロ波の給電部
を有する第一の壁面と、前記マイクロ波空間を形成する
とともに前記第一の壁面を含まない第二の壁面と、前記
第二の壁面においてその壁面の略中央部を通って配設さ
れた開孔部と、前記開孔部から前記マイクロ波空間の外
側に延在する終端が閉じられた溝部と、前記溝部内に設
けられたインピーダンス変換部とを備えている。

【００１９】そして、給電部を有する第一の壁面は開孔
部が配設されていないので、給電部から放射されるマイ
クロ波はその放射特性に乱れを生じることなくマイクロ
波空間に放射される。マイクロ波空間に放射されたマイ
クロ波は、上述したインピーダンス変換部を設けること
による作用により、マイクロ波空間内にマイクロ波の多
重伝搬あるいはさまざまな電磁場分布を生じさせて、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。

【００２０】さらにまた本発明は請求項５のマイクロ波
キャビティは、インピーダンス変換部は、溝部の開孔部
からの深さを可変するように構成されている。

【００２１】そして、開孔部のインピーダンスを変化さ
せることで、マイクロ波空間内においてマイクロ波をよ
り多く多重伝搬させ、より多くのさまざまな電磁波分布
を形成させることができ、被加熱物全体の加熱の均一化
をより促進させることができる。

【００２２】また本発明は請求項６のマイクロ波キャビ
ティは、インピーダンス変換部は、回転駆動されるよう
に溝部内に支持配設されている。

【００２３】そして、回転駆動手段の駆動条件を制御す
ることで開孔部のインピーダンスを変えることを可能に
し、マイクロ波空間内に生じる電磁場分布の時間的な制
御を容易に実現することができる。

【００２４】さらに本発明は請求項７のマイクロ波キャ
ビティは、インピーダンス変換部は、非金属材料で構成
されている。

【００２５】そして、インピーダンス変換部と溝部とを
絶縁させることで、インピーダンス変換部と溝部との間
の絶縁破壊に伴うスパークによる各部の破損を防止でき
るとともにインピーダンス変換部の成形加工性を向上さ
せている。

【００２６】また本発明は請求項８のマイクロ波キャビ
ティは、溝部の終端までの深さは、マイクロ波空間に給
電されるマイクロ波の波長の１／４波長より大きい寸法
構成とし、インピーダンス変換部の開孔部からの配設位
置は、マイクロ波空間に給電されるマイクロ波の波長の
１／４波長未満の寸法構成としている。

【００２７】そして、インピーダンス変換部の可変制御
に伴いマイクロ波空間内へのマイクロ波給電特性が変化
する。インピーダンス変換部を上記の位置に配設するこ
とでマイクロ波空間へのマイクロ波の給電特性の変化を
抑制し、給電効率を高く維持させることができる。

【００２８】さらにまた本発明は請求項９のマイクロ波
キャビティは、開孔部を有する第二の壁面は、給電部を
有する第一の壁面に対向する壁面としている。

【００２９】そして、被加熱物を給電部と開孔部との間
に存在させることにより、直接入射するマイクロ波と第
二の壁面から多重反射するマイクロ波とを被加熱物に入
射させることで被加熱物の加熱の均一化を促進させるこ
とができる。

【００３０】また本発明は請求項１０のマイクロ波キャ
ビティは、第二の壁面は、複数の壁面とし、それぞれの
壁面に配設した開孔部の配設方向を異ならした構成とし
ている。

【００３１】そして、複数の壁面から反射するマイクロ
波の多重伝搬により、被加熱物をより効果的に均一に加
熱させることができる。

【００３２】

【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。

【００３３】（実施例１）図１は本発明の実施例１を示
すマイクロ波キャビティを備えた高周波加熱装置の構成
図、図２は図１の要部断面構成図である。

【００３４】図１および図２において、マイクロ波キャ
ビティ１０は金属材料から構成された金属境界部である
右側壁面１１、左側壁面１２、奥壁面１３、上部壁面１
４、底部壁面１５及び前面壁面１６とにより略直方体形
状に構成され、給電されたマイクロ波をその内部に実質
的に閉じ込めるマイクロ波空間１７を形成している。１
８は左側壁面１２に形成した開孔部であり、左側壁面１
２の上下方向の略中央部に配設し略矩形の孔形状として
いる。左側壁面１２のマイクロ波空間１７の外側には、
開孔部１８を覆って金属材料からなる溝板１９（インピ
ーダンス変換手段の一構成要素）が組み立てられてい
る。この溝板１９により、所定の溝深さ寸法Ｌ１ととも
に開孔部１８の開孔寸法Ｌ２とほぼ同等の間隙寸法Ｌ３
を有する溝部２０が形成されている。開孔部１８は溝部
２０の一端に配置され、溝部の終端２１は溝板１９によ
り閉じられている。また、溝部２０内にはインピーダン
ス変換部２２（インピーダンス変換手段の一構成要素）
が設けられている。このインピーダンス変換部２２は金
属材料で構成され、溝板１９の内壁と左側壁面１２との
間をしゅう動する波板形状のしゅう動寸法Ｌ４を有する
構造体としている。２３はインピーダンス変換部２２を
しゅう動させるしゅう動軸であり、溝部の終端２１を貫
通して溝部２０の外に延在している。このしゅう動軸２
３は、一端がインピーダンス変換部２２に固定され、他
端にはしゅう動軸を図２中の２４で示す方向に可動させ
る可動手段（図示していない）が設けられている。

【００３５】インピーダンス変換部２２の可動範囲は、
開孔部からの最小寸法がＬ５であり、最大寸法が（Ｌ１
−Ｌ４）としている。

【００３６】右側壁面１１は、マイクロ波空間１７にマ
イクロ波を給電する給電部２５が設けられ、この給電部
２５は右側壁面１１の開孔とその開孔を閉塞する低誘電
損失材料からなる薄板にて構成されている。底部壁面１
５の略中央には被加熱物を載置するとともに回転駆動さ
れる載置皿２６が設けられている。

【００３７】２７は被加熱物をマイクロ波空間１７に出
し入れするための開閉扉である。開閉扉２７の中央には
マイクロ波空間１７の内部を透視できるようにメッシュ
状の金属板からなる前面壁面１６が設けられ、この前面
壁面１６のマイクロ波空間１７側から耐熱性ガラス板２
８が前面壁面１６に併設されている。２９は開閉扉２７
の開閉を支持するヒンジ部、３０は開閉扉２７が閉成状
態であることを検知するための扉ラッチスイッチ部であ
る。また、３１は被加熱物のマイクロ波加熱条件を入力
する操作部である。

【００３８】また、左側壁面１２でのマイクロ波の代表
的な動作として図２中に、左側壁面１２を流れようとす
る高周波電流３２、金属面に入射するマイクロ波３３と
その反射波３４、開孔部１８に入射するマイクロ波３５
とその反射波３６および透過波３７を示している。

【００３９】次に以上の構成からなる本発明のマイクロ
波キャビティを備えた高周波加熱装置の動作と作用につ
いて説明する。

【００４０】載置皿２６の上に被加熱物を置き開閉扉２
７を閉じた後、その被加熱物に対応する加熱条件を操作
部３１から入力することで本装置が動作を開始する。こ
の動作開始に伴ってマイクロ波発生手段（図示していな
い）が発生するマイクロ波は給電部２５からマイクロ波
空間１７内に放射される。マイクロ波空間１７内を伝搬
するマイクロ波は、マイクロ波空間１７を形成する各壁
面にて反射を繰り返し、マイクロ波空間内に電磁場分布
を形成する。この間において、被加熱物に入射したマイ
クロ波は被加熱物を誘電加熱する。

【００４１】マイクロ波空間１７を形成する各壁面に
は、上述の電磁場分布に対応した高周波電流が流れる。
開孔部１８の存在により、左側壁面１２を流れる高周波
電流３２は分断され、溝部２０内に伝搬するマイクロ波
３７を生じる。

【００４２】この溝部２０内を伝搬したマイクロ波３７
は、インピーダンス変換部２２により反射して開孔部１
８を経て再びマイクロ波空間１７内を伝搬する。この溝
部２０内から反射して開孔部１８に伝搬するマイクロ波
の伝搬作用によって、開孔部１８には特定のインピーダ
ンスが生じる。この開孔部１８に生じるインピーダンス
値としては理想的にはすべての値を形成させることがで
きるが、これに対する制限については後述する。

【００４３】このような開孔部１８のインピーダンスは
インピーダンス変換部２２をしゅう動させることにより
変化させることができる。開孔部１８は高周波電流３２
の流れを分断するように設けられているが、開孔部１８
のインピーダンスを零にすると、高周波電流３２の流れ
は分断されない。一方、開孔部１８のインピーダンスを
無限大すると高周波電流３２は全く流れなくなる。ま
た、開孔部１８に入射するマイクロ波の入射波３５と反
射波３６との位相差は、開孔部１８のインピーダンスが
零の場合１８０度であり、開孔部１８のインピーダンス
が無限大の場合０度となる。開孔部１８以外の壁面に入
射するマイクロ波の入射波３３と反射波３４との位相差
は１８０度であるので、開孔部のインピーダンスを変え
ることで金属壁面からの反射では得られることができな
い位相差を有するマイクロ波をマイクロ波空間１７内に
伝搬させることができる。また、マイクロ波空間１７に
生じる電磁場分布を変化させることもできる。このよう
にマイクロ波空間１７内にマイクロ波を多重伝搬させ、
さまざまな電磁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。

【００４４】（実施例２）図３は本発明の実施例２を示
すマイクロ波キャビティの要部構成図である。図３にお
いて、図２と相違する点はインピーダンス変換部３８の
構成である。

【００４５】このインピーダンス変換部３８は、開孔部
１８からの距離寸法Ｌ６の位置に配設されている。また
インピーダンス変換部３８は、溝部３９内を回転可能な
形状とし、溝部の高さ寸法Ｌ７よりも小さい幅寸法から
なる金属板あるいは伝搬するマイクロ波の周波数帯おけ
る実効比誘電率が略５０以上の値を示す誘電体材料から
なる板でもって構成している。

【００４６】実施例２を実現する具体的な構成寸法とし
ては、たとえば、溝部３９の終端４０の開孔部１８から
の深さ寸法Ｌ８は溝部３９を伝搬するマイクロ波の波長
の１／４より大きい寸法である４０ｍｍ、金属板からな
るインピーダンス変換部３８の回転中心までの距離寸法
Ｌ６は溝部３９を伝搬するマイクロ波の波長の略１／４
波長である３０ｍｍ、溝部３９の高さ寸法Ｌ７は１５ｍ
ｍ、インピーダンス変換部３８の幅寸法は１２ｍｍ、そ
の厚み寸法は３ｍｍとする。このような構成寸法によれ
ば高周波加熱装置へのコンパクトな実装が図れる。

【００４７】このような回転駆動されるインピーダンス
変換部３８にあっては、その回転位置を図３の実線３８
ａで示す位置にすることで、伝搬してきたマイクロ波の
ほとんどをインピーダンス変換部３８が反射させる。一
方図３の破線３８ｂで示す位置にすることでマイクロ波
を溝部３９の終端４０まで伝搬させその終端４０にてマ
イクロ波を反射させる。このようなインピーダンス変換
部３８の回転駆動に伴う溝部３９内でのマイクロ波伝搬
を変えることで開孔部１８に生じさせるインピーダンス
を変えている。

【００４８】また、回転駆動するインピーダンス変換部
３８の構成によれば、連続的に回転させても開孔部１８
に生じさせることができるインピーダンスの変化は周期
的であり、変化させるインピーダンス値を所定の値に限
定させることができる。この効果により、マイクロ波空
間においてマイクロ波の多重伝搬あるいは電磁場分布の
限定を図ることができ、被加熱物の加熱の均一化に対応
させた多重伝搬あるいは電磁場分布の発生を制御するこ
とができる。

【００４９】なお、インピーダンス変換部３８を誘電体
材料で構成する場合、インピーダンス変換部３８の層面
でマイクロ波は反射と透過を生じる。実効比誘電率が略
５０以上の材料を用いることで、入射波に対する反射波
の保有するエネルギを５０％以上にできる。これによ
り、開孔部１８でのインピーダンス形成に有用な反射を
誘電体材料からなるインピーダンス変換部から反射させ
ることができる。

【００５０】（実施例３）図４は本発明の実施例３を示
すマイクロ波キャビティの要部構成図である。図４にお
いて、以上の実施例と異なる点は、インピーダンス変換
部４１を誘電体材料で構成し、溝部４２の所定位置Ｌ９
に固定配設した構成である。

【００５１】このインピーダンス変換部４１を構成する
誘電体材料の実効比誘電率は、溝部４２を伝搬するマイ
クロ波の周波数帯において、略４以上７以下の値として
いる。このようなインピーダンス変換部４１を用いるこ
とで、溝部４２内を伝搬してきたマイクロ波４３は、イ
ンピーダンス変換部４１の層面で反射波４４と透過波に
別れる。透過波のうちインピーダンス変換部４１を透過
した透過波４５は溝部４２の終端４６まで伝搬し、終端
４６にて反射した反射波４７は再びインピーダンス変換
部４１に入射する。反射波４７のうちでインピーダンス
変換部４１を透過したマイクロ波４８と反射波４４は開
孔部１８側に伝搬する。開孔部１８側に反射してきたマ
イクロ波は開孔部１８のインピーダンス値を決定する。

【００５２】なお、上述のインピーダンス変換部４１で
のマイクロ波の反射と透過の振る舞いは、インピーダン
ス変換部４１の内部でも生じ、開孔部１８側へ反射する
マイクロ波は上述した以外にも存在することを断ってお
く。

【００５３】このような誘電体材料から構成したインピ
ーダンス変換部４１の作用により、溝部４２の内部にマ
イクロ波の多重伝搬を発生させることができる。この多
重伝搬の発生により、インピーダンス変換部を可動させ
ることなくマイクロ波空間内にマイクロ波の多重伝搬あ
るいはさまざまな電磁場分布を生じさせることができ
る。

【００５４】（実施例４）図５は本発明の実施例４を示
すマイクロ波キャビティの構成図である。図５におい
て、右側壁面４９、左側壁面５０、底部壁面５１、奥側
壁面５２および上部壁面５３がマイクロ波空間５４を形
成する金属壁面である。

【００５５】右側壁面４９（第一の壁面）には給電部５
５が設けられ、マイクロ波空間５４の外側に給電するマ
イクロ波を伝送する導波管５６が配設されている。５７
は導波管５６の一端に設けた結合孔でありこの結合孔５
７にマイクロ波発生手段（図示していない）の出力アン
テナが挿入装着される。

【００５６】一方、第一の壁面である右側壁面４９に対
向する第二の壁面である左側壁面５０および他の第二の
壁面である奥側壁面５２にはそれぞれの壁面の略中央部
を通ってそれぞれ略矩形の孔形状からなる開孔部５８、
５９が形成されている。また、開孔部５８、５９のマイ
クロ波空間５４の外側には、それぞれ所定の溝部６０、
６１を形成する溝板６２、６３が配設されている。さら
に、溝部６０、６１の内部には、上記した実施例３に示
したインピーダンス変換部６４、６５を配設している。
また、開孔部５８、５９はお互いの配設方向を異なら
し、開孔部５８は水平方向に、開孔部５９は垂直方向に
形成している。６６は被加熱物が載置される載置皿を回
転駆動する駆動軸である。

【００５７】そして、給電部５５を有する右側壁面４９
と対向する左側壁面５０に開孔部５８を配置した構成に
より、被加熱物を給電部と開孔部との間に存在させるこ
とができ、直接入射するマイクロ波と開孔部を有する壁
面から多重反射するマイクロ波とを被加熱物に入射させ
ることで被加熱物の加熱の均一化を促進させることがで
きる。

【００５８】また複数の壁面に開孔部の配設方向を異な
らして配設することにより、さまざまな高周波電流の流
れに対していずれかの開孔部がその高周波電流を分断す
ることを可能にしている。そして、複数の壁面から反射
するマイクロ波の多重伝搬により、被加熱物をより効果
的に均一に加熱させることができる。

【００５９】以上に本発明の実施例の説明をしたが、以
下ではインピーダンス変換部の作用について実施例１に
示したインピーダンス変換部を用い、図６から図１０を
用いてより詳細に説明する。

【００６０】図６は本発明のインピーダンス変換部のマ
イクロ波的な作用を説明するために使用するマイクロ波
キャビティの構成図である。

【００６１】図６において、６７はマイクロ波キャビテ
ィであり、６８はマイクロ波キャビティ６７に給電する
マイクロ波を伝送する導波管、６９はマイクロ波キャビ
ティ６７を形成し給電部が設けられた壁面７０に対向す
る壁面７１に設けた溝部である。導波管６８には、マイ
クロ波発生手段であるマグネトロンを装着する結合孔７
２を備える。また、マイクロ波キャビティ６７を形成す
る金属壁面７３には、図示したように３行３列の配列に
てマイクロ波センサを９個配設している。このマイクロ
波センサはマイクロ波キャビティ６７内に生じる電磁場
分布と結合してマイクロ波センサを配設した近傍の電磁
場分布の強さに比例した物理量を検出するものである。

【００６２】マイクロ波キャビティ６７は、幅寸法Ｗ、
奥行き寸法Ｄおよび高さ寸法をそれぞれ１９０ｍｍ、１
５８ｍｍおよび１００ｍｍとしている。溝部６９は金属
壁面７１の略中央部を通る開孔部７４（開孔寸法５ｍ
ｍ）からの深さＬの位置を金属板７５で閉じた構成とし
ている。なお、金属板７５は溝部６９内をしゅう動可能
に構成した。

【００６３】溝部６９の深さＬを０ｍｍとした状態で、
このマイクロ波キャビティ６７内に生じる電磁場分布は
幅方向、奥行き方向および高さ方向にそれぞれ生じる定
在波の山の数が２、２、０であることを確認した。従っ
て、図示したように配設した開孔部７４は、上記定在波
の発生に対して高周波電流を分断するように配設されて
いる。

【００６４】そして溝部６９の深さＬを変化させて、マ
イクロ波キャビティ６７内に生じるマイクロ波の挙動を
９個のマイクロ波センサの検出信号を基にして分析し
た。なお、マイクロ波センサのセンサ出力信号はマイク
ロ波電力であるが、以下の説明では検波ダイオードを介
して信号変換処理をした直流電圧値を用いることにす
る。また、マイクロ波センサ信号を区別するためにその
配設位置に図示したような番号を付与している。

【００６５】図７および図８は溝部の深さがマイクロ波
発生手段の負荷特性に与える影響を示す特性図である。
図７はマイクロ波発生手段とマイクロ波キャビティ６７
との負荷整合をしない状態での特性例であり、図８はこ
の負荷整合を図った時の特性例である。

【００６６】図７に示すように、溝部の深さＬを変化さ
せることでマイクロ波発生手段の負荷特性はスミスチャ
ート図において円状の特性を示す。溝部の深さＬの変化
に対してマイクロ波発生手段の負荷特性は周期的に変化
している。このことから、マイクロ波空間６７に給電し
たマイクロ波が開孔部７４を経て溝部６９の内部に伝搬
していることが認められる。

【００６７】また、溝部６９の深さＬがマイクロ波の伝
搬波長の略１／４波長（約３２．５ｍｍ）の前後では深
さＬの変化に対して負荷特性が大きく変わっている。こ
れは、開孔部７４に生じるインピーダンスが大きく変わ
ることによるものである。さらに溝部６９がマイクロ波
キャビティとマイクロ波発生手段とのインピーダンス整
合状態を調整するインピーダンス整合手段と同様の働き
をしていることが認められる。

【００６８】また負荷を含むマイクロ波キャビティ６７
に対して、マイクロ波発生手段との負荷整合を実現する
ために導波管６８内にインピーダンス整合用部材（図示
していない）を配設した時の特性例を図８に示す。な
お、負荷整合は溝部６９の深さＬが０ｍｍにおいて実施
した。導波管６８内にインピーダンス整合手段を設ける
ことにより、マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波
をマイクロ波キャビティ６７内に給電できる割合である
給電効率は、図７の特性に比べて大きく改善されている
が、深さＬが２５ｍｍ前後ではほぼ同等の給電効率であ
る。また、このような負荷特性を示すマイクロ波キャビ
ティを高周波加熱装置に適用した場合、深さＬを可変す
ることでマイクロ波発生手段の発生するマイクロ波の周
波数を変化させることができることが認められる。

【００６９】次に図８に示す特性を有するマイクロ波キ
ャビティを用いて、溝部の深さ寸法Ｌがマイクロ波キャ
ビティ内の電磁場分布に与える影響を調べた。この評価
にはマイクロ波センサが検出する信号を用いた。この評
価結果の一例を図９に示す。

【００７０】なお、図９は深さ寸法Ｌが０ｍｍを基準に
し、深さ寸法Ｌが使用するマイクロ波の波長に対して略
１／８波長（試験例では１５．５ｍｍ）および略１／４
波長（試験例では３１．５ｍｍ）の場合において、それ
ぞれの基準に対する相対値を示す。

【００７１】深さ寸法Ｌが略１／８波長の場合には、深
さ寸法Ｌが０ｍｍにおいて生じる電磁場分布にほとんど
同様であるが、深さ寸法Ｌが略１／４波長の場合には、
電磁場分布が明らかに変化していることが認められる。
しかも、略１／８波長の場合に電磁場強度が強い場所が
略１／４波長の場合では弱くなっていることから、これ
らの深さ寸法の組合せは相互補完に近い電磁場分布をマ
イクロ波キャビティ内に生じさせていることが認められ
る。

【００７２】次に上記の溝部の深さ寸法をマイクロ波給
電中に変化させた場合のマイクロ波キャビティ内に生じ
る電磁場の時間的変化の一例を図１０に示す。

【００７３】深さ寸法Ｌを略１／４波長にすると、マイ
クロ波キャビティ内に生じる電磁場分布の均一化が進む
ことを図１０は示している。

【００７４】本発明は、溝部の開孔部からの深さ寸法を
変化させることによるマイクロ波キャビティ内のマイク
ロ波挙動の変化を高周波加熱装置に適用しうる実用的構
成として展開させたものである。

【００７５】そして実用的構成として、溝部の終端と開
孔部との寸法はマイクロ波の波長の１／４波長より少し
長い寸法とし、インピーダンス変換部は開孔部からの配
設寸法を１／４波長より短い寸法としている。これによ
り、開孔部には容量性と誘導性の両方のインピーダンス
を持たせ、マイクロ波の多重伝搬を促進している。

【００７６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば以下の効果
を有する。

【００７７】請求項１のマイクロ波キャビティによれ
ば、マイクロ波空間を形成する金属壁面に生じる高周波
電流の流れを分断するように設けた開孔部と、前記開孔
部におけるインピーダンスを変えるインピーダンス変換
手段とを備えたことにより、インピーダンス変換手段が
開孔部に所定のインピーダンスを形成することで高周波
電流の流れを制限する開孔部に入射したマイクロ波の反
射波は、金属壁面に入射したマイクロ波の反射波とは異
なる伝搬形態になり、マイクロ波空間にはマイクロ波の
多重伝搬が生じ、マイクロ波空間内にさまざまな電磁波
分布を形成させることができる。

【００７８】請求項２のマイクロ波キャビティによれ
ば、開孔部からマイクロ波空間の外側に延在する終端が
閉じられた溝部と、溝部内に設けられたインピーダンス
変換部とを備えたことにより、溝部に入射したマイクロ
波を利用して開孔部に所定のインピーダンスを形成させ
ることができる。この結果、マイクロ波空間内にマイク
ロ波の多重伝搬あるいはさまざまな電磁場分布を容易に
生じさせることができる。

【００７９】請求項３のマイクロ波キャビティによれ
ば、給電部を有さない壁面に開孔部を設けることによ
り、給電部から放射されるマイクロ波はその放射特性に
乱れを生じることなくマイクロ波空間に放射させること
ができる。そして、開孔部のマイクロ波的作用によりマ
イクロ波空間内にマイクロ波の多重伝搬あるいはさまざ
まな電磁場分布を生じさせて、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。

【００８０】請求項４のマイクロ波キャビティによれ
ば、インピーダンス変換部は、溝部の開孔部からの深さ
を可変するように構成したことにより、開孔部のインピ
ーダンスを変化させることを可能にし、マイクロ波空間
内においてマイクロ波をより多く多重伝搬させ、より多
くのさまざまな電磁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より促進させることができ
る。

【００８１】請求項５のマイクロ波キャビティによれ
ば、インピーダンス変換部は、回転駆動されるように溝
部内に支持配設したことにより、開孔部のインピーダン
スの変化範囲を規定できるとともにに周期的なインピー
ダンス変化を容易に形成できる。その結果、マイクロ波
空間内に生じる電磁場分布の時間的な制御を容易に実現
することができる。

【００８２】請求項６のマイクロ波キャビティによれ
ば、インピーダンス変換部は、非金属材料で構成するこ
とにより、インピーダンス変換部と溝部とを絶縁させ、
インピーダンス変換部と溝部との間の絶縁破壊に伴うス
パークによる各部の破損を防止できるとともにインピー
ダンス変換部の信頼性を保証できる。

【００８３】請求項７のマイクロ波キャビティによれ
ば、溝部の終端までの深さ寸法及びインピーダンス変換
部の開孔部からの配設位置を規定範囲に設定することに
より、開孔部のインピーダンス可変に対してマイクロ波
空間へのマイクロ波の給電特性の変化を抑制し、給電効
率を高く維持させることができる。

【００８４】請求項８のマイクロ波キャビティによれ
ば、開孔部を有する壁面と給電部を有する壁面とを対向
させる構成により、被加熱物を給電部と開孔部との間に
存在させることにより、直接入射するマイクロ波と給電
部を有する第二の壁面から多重反射するマイクロ波とを
被加熱物に入射させることで被加熱物の加熱の均一化を
促進させることができる。

【００８５】請求項９のマイクロ波キャビティによれ
ば、給電部を複数の壁面に設け、それぞれの壁面に配設
した開孔部の配設方向を異ならした構成により、いずれ
かの開孔部が高周波電流を分断することになり、さまざ
まな電磁場分布に対応できるマイクロ波キャビティを提
供するとともに複数の壁面から反射するマイクロ波の多
重伝搬により、被加熱物をより効果的に均一に加熱させ
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を示すマイクロ波キャビティ
を適用した高周波加熱装置の構成図

【図２】同マイクロ波キャビティの要部構成図

【図３】本発明の実施例２を示すマイクロ波キャビティ
の要部構成図

【図４】本発明の実施例３を示すマイクロ波キャビティ
の要部構成図

【図５】本発明の実施例４を示すマイクロ波キャビティ
の構成図

【図６】本発明に係わるマイクロ波的作用を説明するマ
イクロ波キャビティの構成図

【図７】本発明に係わる開孔部に設けた溝部の深さがマ
イクロ波発生手段の負荷整合に与える影響を示す第一の
特性図

【図８】本発明に係わる開孔部に設けた溝部の深さがマ
イクロ波発生手段の負荷整合に与える影響を示す第二の
特性図

【図９】本発明に係わる開孔部に設けた溝部の深さがマ
イクロ波キャビティ内の電磁場分布に与える影響を示す
特性図

【図１０】本発明に係わる開孔部に設けた溝部の深さの
可変がマイクロ波キャビティ内の電磁場分布に与える時
間的変化の一例を示す特性図

【符号の説明】

１０，６７ マイクロ波キャビティ １７，５４ マイクロ波空間 １８，５８，５９，７４ 開孔部 ２０，３９，４２，６０，６１，６９ 溝部（インピー
ダンス変換手段） ２１，４０，４６，７５ 溝部の終端（インピーダンス
変換手段） ２２ インピーダンス変換部（インピーダンス変換手
段） ２５，５５ 給電部 ３２ 高周波電流 ３８ 回転駆動されるインピーダンス変換部 ４１，６４，６５ 非金属材料で構成したインピーダン
ス変換部 ４９，７０ 給電部を有する第一の壁面 ５０，５２，７１ 開孔部を有する第二の壁面 Ｌ１，Ｌ８，Ｌ 開孔部から溝部の終端までの深さ Ｌ５，Ｌ６，Ｌ９ 開孔部からインピーダンス変換部ま
での距離寸法

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給電されたマイクロ波を実質的に閉じ込
   めるマイクロ波空間と、前記マイクロ波空間を形成する
   金属壁面に生じる高周波電流の流れを分断するように設
   けた開孔部と、前記開孔部におけるインピーダンスを変
   えるインピーダンス変換手段とを備えたマイクロ波キャ
   ビティ。
2. 【請求項２】 給電されたマイクロ波を実質的に閉じ込
   める略直方六面体からなるマイクロ波空間と、前記直方
   六面体の少なくとも一面に設けた開孔部と、前記開孔部
   から前記マイクロ波空間の外側に延在する終端が閉じら
   れた溝部と、前記溝部内に設けられたインピーダンス変
   換部とを備えたマイクロ波キャビティ。
3. 【請求項３】 開孔部は、直方六面体を構成する金属壁
   面に生じる高周波電流の流れを分断するように配設され
   た請求項２記載のマイクロ波キャビティ。
4. 【請求項４】 被加熱物が収納されるとともに給電され
   たマイクロ波を実質的に閉じ込めるマイクロ波空間と、
   前記マイクロ波空間を形成するとともにマイクロ波の給
   電部を有する第一の壁面と、前記マイクロ波空間を形成
   するとともに前記第一の壁面を含まない第二の壁面と、
   前記第二の壁面においてその壁面の略中央部を通って配
   設された開孔部と、前記開孔部から前記マイクロ波空間
   の外側に延在する終端が閉じられた溝部と、前記溝部内
   に設けられたインピーダンス変換部とを備えたマイクロ
   波キャビティ。
5. 【請求項５】 インピーダンス変換部は、溝部の開孔部
   からの深さを可変するように構成された請求項２または
   ４記載のマイクロ波キャビティ。
6. 【請求項６】 インピーダンス変換部は、回転駆動され
   るように溝部内に支持配設された請求項２または４記載
   のマイクロ波キャビティ。
7. 【請求項７】 インピーダンス変換部は、非金属材料で
   構成された請求項２または４記載のマイクロ波キャビテ
   ィ。
8. 【請求項８】 溝部の終端までの深さは、マイクロ波空
   間に給電されるマイクロ波の波長の１／４波長より大き
   い寸法構成とし、インピーダンス変換部の開孔部からの
   配設位置は、マイクロ波空間に給電されるマイクロ波の
   波長の１／４波長未満の寸法構成とした請求項２または
   ４記載のマイクロ波キャビティ。
9. 【請求項９】 第二の壁面は、第一の壁面に対向する壁
   面とした請求項４記載のマイクロ波キャビティ。
10. 【請求項１０】 第二の壁面は、複数の壁面とし、それ
    ぞれの壁面に配設した開孔部の配設方向を異ならした構
    成からなる請求項４記載のマイクロ波キャビティ。