特許 7378019 マイクロ波処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-02

(45)【発行日】2023-11-13

(54)【発明の名称】マイクロ波処理装置

(51)【国際特許分類】

   F24C 7/02 20060101AFI20231106BHJP

   H05B 6/72 20060101ALI20231106BHJP

【ＦＩ】

F24C7/02 531B

H05B6/72 C

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019568273

(86)(22)【出願日】2019-05-15

(86)【国際出願番号】 JP2019019202

(87)【国際公開番号】W WO2019225413

(87)【国際公開日】2019-11-28

【審査請求日】2022-04-01

(31)【優先権主張番号】P 2018096705

(32)【優先日】2018-05-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106116

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100131495

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 健児

(72)【発明者】

【氏名】大森 義治

(72)【発明者】

【氏名】福井 幹男

(72)【発明者】

【氏名】細川 大介

【審査官】宮部 菜苗

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２８６４５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１０８６９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５２－０２０４５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２４Ｃ ７／０２

Ｈ０５Ｂ ６／６４、６／７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被加熱物を収容するように構成された加熱室と、
マイクロ波を発生するように構成された発振部と、
前記加熱室の壁面に対向する平面を形成するように、前記壁面から所定の距離を隔てて前記加熱室内に配置されたヒータと、
前記加熱室内に配置され、前記ヒータと前記壁面との間の空間を前記マイクロ波が伝播するように、前記ヒータと前記壁面との間の前記空間に前記マイクロ波を放射するように構成された放射部と、を備え、
前記放射部が、前記壁面に垂直なループ平面を有するループアンテナであり、前記ループアンテナが、前記ループ平面と対向する前記加熱室の二つの壁面の中間に位置し、前記ループ平面の中心が、前記ヒータと前記壁面との間の前記空間に位置し、前記放射部により放射された前記マイクロ波が、前記ループ平面を含み前記ループ平面に垂直に延在するアンテナ投影空間を伝播する、マイクロ波処理装置。

【請求項2】

前記壁面と前記壁面から最も離れた前記放射部の部分との距離が、前記壁面と前記壁面から最も離れた前記ヒータの部分との距離の２倍以下である、請求項１に記載のマイクロ波処理装置。

【請求項3】

前記ヒータが、前記アンテナ投影空間を複数個所で横切る、請求項１に記載のマイクロ波処理装置。

【請求項4】

前記アンテナ投影空間が、前記ループ平面から前記ループ平面に垂直な二つの方向に延在する、請求項１に記載のマイクロ波処理装置。

【請求項5】

前記加熱室が、前記ヒータを保持する保持具を有し、前記保持具が前記アンテナ投影空間の外に配置された、請求項１に記載のマイクロ波処理装置。

【請求項6】

前記加熱室が、前記ヒータと外部電源とを接続する引き出し部を有し、前記引き出し部が前記アンテナ投影空間の外に配置された、請求項１に記載のマイクロ波処理装置。

【請求項7】

前記発振部に接続され、前記マイクロ波を前記放射部に伝送するように構成された伝送部をさらに有し、前記ループアンテナの一端が、前記壁面に設けられた接続部を介して前記伝送部に接続され、前記ループアンテナの他端が、前記接続部から前記マイクロ波の波長の４分の１以内の距離だけ離れた接地部で前記壁面に接続された、請求項１に記載のマイクロ波処理装置。

【請求項8】

前記放射部が、前記壁面と平行に配置されたループ辺を有する、請求項１に記載のマイクロ波処理装置。

【請求項9】

前記放射部が複数のループアンテナを含み、前記複数のループアンテナのそれぞれの前記アンテナ投影空間が前記加熱室内で重ならない、請求項１に記載のマイクロ波処理装置。

【請求項10】

前記壁面が前記加熱室の天井である、請求項１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、ヒータを備えたマイクロ波処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

図５は、従来のマイクロ波処理装置１００の構成を示す概略図である。図６は、従来のマイクロ波処理装置１００における加熱室１０５の天井１０５ａを示す平面図である。図５、図６に示すように、マイクロ波処理装置１００には、マイクロ波を放射する放射領域１０１とヒータ１０２の設置領域とが区分けされて設けられる。

【0003】

放射領域１０１は、天井１０５ａの大部分を占めるように配置される。ヒータ１０２は、放射領域１０１から離れて放射領域１０１を取り囲むように、天井１０５ａにおける限られた範囲に配置される。放射領域１０１内には、回転アンテナなどの放射部１０４が配置される。発振部１０３は、マイクロ波を発生させ、放射部１０４に供給する。この構成により、マイクロ波を加熱室１０５全体に放射する。

【0004】

このようなマイクロ波処理装置の中には、発熱体を回転アンテナよりも低い位置に配置したり、回転アンテナの指向性の強い端部を発熱体よりも高い位置で停止させたりするものがある（例えば、特許文献１参照）。

【0005】

特許文献１に記載のマイクロ波処理装置は、周囲のシーズヒータが邪魔になりにくい向きに回転アンテナを停止させてマイクロ波を放射することにより、狙い通りの加熱分布を達成しようとする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００８－２８６４５７号公報

【発明の概要】

【0007】

しかしながら、上記従来の構成では、加熱室内に収容された様々な形状、種類、量の被加熱物を所望の状態に加熱することが難しい。

【0008】

すなわち、十分なマイクロ波の放射領域を確保すると、ヒータの設置領域が限定される。この場合、ヒータによる十分な加熱性能が得られない。一方、十分なヒータの設置領域を確保すると、マイクロ波の放射領域が制限される。この場合、被加熱物が広範囲に置かれると、加熱効率が低下したり加熱むらが生じたりして、マイクロ波による十分な加熱性能が得られない。

【0009】

ヒータによる加熱性能を確保するためには、小型のアンテナを用いて、ヒータの設置領域を広く取ることが望ましい。マイクロ波による加熱性能を確保するためには、広範囲にマイクロ波を放射できるように、アンテナなどが配置される放射領域を広く取ることが望ましい。すなわち、ヒータによる加熱性能とマイクロ波による加熱性能とを同時に確保するには、相反する問題を解決する必要がある。

【0010】

本開示は、ヒータによる加熱性能とマイクロ波による加熱性能とを両立させることで、様々な形状、種類、量の被加熱物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。

【0011】

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加熱室と、マイクロ波を発生する発振部と、放射部と、ヒータとを備える。ヒータは、加熱室の壁面に対向する平面を形成するように、上記壁面から所定の距離を隔てて加熱室内に配置される。放射部は、加熱室内に配置され、ヒータと上記壁面との間の空間をマイクロ波が伝播するように、ヒータと上記壁面との間の空間にマイクロ波を放射する。

【0012】

本態様によれば、ヒータにより形成された平面と加熱室の壁面との間の空間を導波路として使用することができる。これにより、小型のアンテナを用いてヒータの設置領域を広く取ることができるとともに、マイクロ波の放射領域を広げることができる。その結果、ヒータによる加熱性能とマイクロ波による加熱性能とを両立させて、被加熱物を望み通りに加熱することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【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概略図である。

【図2】図２は、実施の形態１に係るマイクロ波処理装置における加熱室の天井の平面図である。

【図3】図３は、実施の形態１に係るマイクロ波処理装置の、図１に示す４－４線に沿った断面図である。

【図4】図４は、本開示の実施の形態２に係るマイクロ波処理装置の放射部の拡大図である。

【図5】図５は、従来のマイクロ波処理装置の構成を示す概略図である。

【図6】図６は、従来のマイクロ波処理装置における加熱室の天井の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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加熱室と、マイクロ波を発生する発振部と、放射部と、ヒータとを備える。ヒータは、加熱室の壁面に対向する平面を形成するように、上記壁面から所定の距離を隔てて加熱室内に配置される。放射部は、加熱室内に配置され、ヒータと上記壁面との間の空間をマイクロ波が伝播するように、ヒータと上記壁面との間の空間にマイクロ波を放射する。

【0015】

本開示の第２の態様のマイクロ波処理装置では、第１の態様に加えて、放射部は、壁面に垂直なループ平面を有するループアンテナである。ループ平面の中心は、ヒータと上記壁面との間の空間に位置する。放射部により放射されたマイクロ波は、ループ平面を含みループ平面に垂直に延在するアンテナ投影空間を伝播する。

【0016】

本開示の第３の態様のマイクロ波処理装置では、第２の態様に加えて、上記壁面と上記壁面から最も離れた放射部の部分との距離が、上記壁面と上記壁面から最も離れたヒータの部分との距離の２倍以下である。

【0017】

本開示の第４の態様のマイクロ波処理装置では、第２の態様に加えて、ヒータは、アンテナ投影空間を複数個所で横切る。

【0018】

本開示の第５の態様のマイクロ波処理装置では、第２の態様に加えて、アンテナ投影空間は、ループ平面からループ平面に垂直な二つの方向に延在する。

【0019】

本開示の第６の態様のマイクロ波処理装置では、第２の態様に加えて、加熱室は、ヒータを保持する保持具を有する。保持具はアンテナ投影空間の外に配置される。

【0020】

本開示の第７の態様のマイクロ波処理装置では、第２の態様に加えて、加熱室は、ヒータと外部電源とを接続する引き出し部を有する。引き出し部はアンテナ投影空間の外に配置される。

【0021】

本開示の第８の態様のマイクロ波処理装置では、第２の態様に加えて、放射部は、加熱室の対向する二つの壁面の中間に配置される。

【0022】

本開示の第９の態様のマイクロ波処理装置では、第２の態様に加えて、ループアンテナの一端は、加熱室の壁面に設けられた接続部を介して伝送部に接続される。ループアンテナの他端は、接続部からマイクロ波の波長の４分の１以内の距離だけ離れた接地部で上記壁面に接続される。

【0023】

本開示の第１０の態様のマイクロ波処理装置では、第２の態様に加えて、放射部は、壁面と平行に配置されたループ辺を有する。

【0024】

本開示の第１１の態様のマイクロ波処理装置では、第２の態様に加えて、放射部は複数のループアンテナを含む。複数のループアンテナのそれぞれのアンテナ投影空間は加熱室内で重ならない。

【0025】

本開示の第１２の態様のマイクロ波処理装置では、第１の態様に加えて、上記壁面は加熱室の天井である。

【0026】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

【0027】

（実施の形態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５０の構成を示す概略図である。図２は、マイクロ波処理装置５０における加熱室１の天井１ａの平面図である。

【0028】

図１、図２に示すように、マイクロ波処理装置５０は、被加熱物２を収容する加熱室１と、発振部３と、アンテナ４と、ヒータ５と、伝送線路６とを有する。

【0029】

発振部３は、例えば半導体アンプを備えてマイクロ波を発生させる。伝送線路６は、発振部３により発生されたマイクロ波を、天井１ａに設けられた接続部６ａを介してアンテナ４に伝送する。アンテナ４は、伝送線路６により伝送されたマイクロ波を加熱室１内に放射する。ヒータ５はシーズヒータである。ヒータ５は、天井１ａに設けられた保持具８により保持されて、天井１ａの近傍に配置される。本実施の形態では、アンテナ４、伝送線路６がそれぞれ、放射部、伝送部に相当する。

【0030】

アンテナ４は天井１ａに配置される。アンテナ４は、一端が、発振部３に接続された伝送線路に接続され、他端が天井１ａに接続されて接地されたループアンテナ構造を有する。アンテナ４のループ平面４ａは天井１ａに垂直である。

【0031】

発振部３により発生されたマイクロ波は、アンテナ４を流れる高周波電流を発生させる。これにより、アンテナ４のループ平面４ａに強い電磁界励振９が発生する。電磁界励振９は、直線Ｘに沿って延在するアンテナ投影空間７を伝播する。直線Ｘは、ループ平面４ａの中心を通り、ループ平面４ａに垂直な直線である。

【0032】

アンテナ投影空間７は、ループ平面４ａを含み、直線Ｘに垂直な断面がループ平面４ａと同じ形状および大きさを有する。言わば、アンテナ投影空間７は、アンテナ４のループ平面４ａを直線Ｘに沿って仮想的に移動させたときのループ平面４ａの軌跡である。

【0033】

ヒータ５は、天井１ａに対向する平面を形成するように、天井１ａから適度な距離を隔てて環状に配置される。天井１ａとヒータ５との間の空間により、アンテナ４の放射する電磁界の伝播方向を揃えることができる。このため、本実施の形態では、この空間はマイクロ波の導波路として利用される。より具体的には、アンテナ投影空間７が導波路となる。これにより、小型のアンテナ４を用いても、図２に示すアンテナ投影空間７の端部、すなわち、加熱室１の端までマイクロ波を伝播させることができる。

【0034】

保持具８は、アンテナ投影空間７外に配置される。これにより、導波路であるアンテナ投影空間７において、保持具８が、導波路を伝播するマイクロ波を反射したり、分割したりするようなことはない。その結果、小型のアンテナ４であっても、導波路の全域に確実かつ効率よくマイクロ波を伝播させることができる。

【0035】

図３は、マイクロ波処理装置５０の、図１に示す４－４線に沿った断面図である。図３に示すように、ヒータ５は、上記のように加熱室１の壁面（本実施の形態では天井１ａ）から適度な距離を隔てて配置される。これにより、上記のように、アンテナ投影空間７が導波路となる。

【0036】

ヒータ５は、アンテナ投影空間７の下方に広範囲に配置される。ヒータ５は、複数のヒータ横断部分１５でアンテナ投影空間７を横切る。この構成により、図３の矢印１０に示すように、導波路を伝播するマイクロ波の一部は、ヒータ横断部分１５で被加熱物２に向けて分岐する。すなわち、ヒータ５の周辺で生じたマイクロ波の回折および散乱により、マイクロ波の一部を被加熱物２に向けて分離させることができる。これにより、加熱室１内には導波路の全域をマイクロ波がより均一に伝播し、被加熱物２を効率よく加熱することができる。

【0037】

図２に示すように、ヒータ５は、加熱室１の壁面（本実施の形態では後壁面１ｂ（図３参照））に設けられた引き出し部１９を介して外部電源２０に接続される。引き出し部１９は、アンテナ投影空間７の外に配置される。本実施の形態では、ヒータ５により形成された平面と天井１ａとの間の空間の終端付近に、マイクロ波の伝播を妨げる構造物が設けられない。これにより、導波路が確保されて、マイクロ波を広範囲に伝播させることができる。

【0038】

本実施の形態では、ループ平面４ａが、加熱室１の奥行き方向の中心線である直線Ｙに沿うように、二つのアンテナ４が配置される。すなわち、二つのアンテナ４は、加熱室１の対向する二つの壁面の中間に配置される。本実施の形態では、この二つの壁面は、加熱室１の後壁面１ｂと、加熱室１の前面開口を覆うドア２１の内壁面（図３参照）である。

【0039】

ループアンテナ構造のアンテナ４の電磁界励振９は、ループ平面４ａからループ平面４ａに垂直な二つの方向（方向９ａ、方向９ｂ）に沿って伝播する。本実施の形態によれば、マイクロ波を均等かつ広範囲に伝播させることができる。その結果、被加熱物２をより均一に加熱することができる。

【0040】

二つのアンテナ４の各々のアンテナ投影空間７は、加熱室１内で重ならない。本実施の形態によれば、二つのアンテナ４から放射されたマイクロ波が干渉し合わないようにすることで、加熱室１の隅々までマイクロ波を伝播させることができる。

【0041】

（実施の形態２）
図４は、本開示の実施の形態２に係るマイクロ波処理装置５０における加熱室１の上部の拡大図である。

【0042】

図４に示すように、本実施の形態では、ループアンテナ構造のアンテナ４が、そのループの中心部であるアンテナ中心部１４が、ヒータ５により形成された平面と加熱室１の天井１ａとの間の空間に位置するように構成される。この構成により、ヒータ５により形成された平面と天井１ａとの間の空間に、アンテナ４から放射されたマイクロ波のほとんどを効率よく伝播させることができる。

【0043】

本実施の形態では、アンテナ４と天井１ａとの距離が、ヒータ５と天井１ａとの距離の２倍以下に設定される。より正確には、天井１ａと天井１ａから最も離れたアンテナ４の部分との距離１６が、天井１ａと天井１ａから最も離れたヒータ５の部分との距離１７の２倍以下に設定される。

【0044】

これにより、アンテナ中心部１４を、ヒータ５と天井１ａとで形成される導波路内に配置させることができる。その結果、アンテナ４により励振されるマイクロ波の多くを導波路に導くことができ、効率の良い加熱が達成される。

【0045】

一般的に、天井１ａが熱膨張などで変形するのを防止するため、天井１ａには、部分的に凹凸または傾斜面１１が設けられる。傾斜面１１は変形を吸収する部分であり不安定であるため、本実施の形態では、アンテナ４は、天井１ａの平坦部１２に配置される。

【0046】

図４に示すように、天井１ａに接続部１８ａが設けられる。本実施の形態では、同軸線路１８が伝送線路６である。同軸線路１８は発振部３に接続され、発振部３により発生されたマイクロ波をアンテナ４に接続部１８ａを介して伝送する。

【0047】

アンテナ４の一端は、接続部１８ａで同軸線路１８に接続される。アンテナ４の他端は、接地部１３で天井１ａに接続されて接地される。本実施の形態では、接地部１３は、接続部１８ａからマイクロ波の波長の４分の１以内の距離だけ離して設けられる。この理由を以下に示す。

【0048】

接地部１３を接続部１８ａから離して配置すると、アンテナ４は、平坦部１２の下方の空間に留まらず傾斜面１１の下方の空間に達する。この場合、アンテナ４の放射性能の安定性が損なわれる。アンテナ４から接地部１３に流れる高周波電流は、天井１ａを経由して同軸線路１８の外皮アースに戻る。天井１ａを流れる高周波電流により生じる電磁界励振は、意図したアンテナ４の放射性能をずらす。

【0049】

しかしながら、本実施の形態では、接続部１８ａと接地部１３との距離が、マイクロ波の波長の４分の１以内に設定される。これにより、アンテナ４の放射性能の安定性とずれの問題を解消することができ、効率の良い加熱が達成される。なぜならば、高周波電流が流れる接続部１８ａと接地部１３との間の距離は短い方が望ましいからである。

【0050】

本実施の形態では、アンテナ４は、加熱室１の傾斜面１１にほぼ平行に配置されたループ辺４ｂを有する。このように、天井１ａ壁の近くでアンテナ４に高周波電流が流れると、アンテナ４と天井１ａとの間に生じた電磁界が、アンテナ４の放射性能に影響する。

【0051】

本実施の形態では、アンテナ４と天井１ａとの間にほぼ均一な厚さの空間を設けることで、アンテナ４のループ辺４ｂと天井１ａとの間の電磁界分布をより均一にすることができる。これにより、ループアンテナによる電磁界励振への影響を抑制することができる。その結果、良好なアンテナ４の放射性能を得ることができる。

【0052】

以上のように、本実施の形態に係るマイクロ波処理装置５０は、ヒータ５と加熱室１の天井１ａの間の空間を導波路として使用する。これにより、アンテナ４は、マイクロ波を加熱室１全体に放射することができる。その結果、小型のアンテナを用いて、ヒータによる加熱性能とマイクロ波による加熱性能の両立を達成することができる。

【0053】

本開示に係るマイクロ波処理装置について、上記実施の形態を用いて説明した。しかしながら、本開示はこれに限定されるものではない。例えば、本実施の形態では、マイクロ波の発振器が半導体で構成される。しかし、マグネトロンなど他の発振器を使用してもよい。本実施の形態では、アンテナはループアンテナである。しかし、他の構造のアンテナを使用してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0054】

本開示は、誘電加熱を利用した加熱装置、生ゴミ処理機などに適用可能である。

【符号の説明】

【0055】

１、１０５ 加熱室
１ａ、１０５ａ 天井
１ｂ 後壁面
２ 被加熱物
３、１０３ 発振部
４ アンテナ
５、１０２ ヒータ
６ 伝送線路
６ａ、１８ａ 接続部
７ アンテナ投影空間
８ 保持具
９ 電磁界励振
９ａ、９ｂ 方向
１０ 矢印
１１ 傾斜面
１２ 平坦部
１３ 接地部
１４ アンテナ中心部
１５ ヒータ横断部分
１６、１７ 距離
１８ 同軸線路
１９ 引き出し部
２０ 外部電源
２１ ドア
５０、１００ マイクロ波処理装置
１０１ 放射領域
１０４ 放射部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】