JP5239229B2 - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加熱物を収納する加熱室へのマイクロ波の給電に改良を加えたマイクロ波加熱装置に関するものである。

従来のこの種のマイクロ波加熱装置は、一般には電子レンジに代表されるようにマイクロ波発生部にマグネトロンと称される真空管を用いている。

そして、マグネトロンが発生したマイクロ波を被加熱物を収納する加熱室内に給電する技術として、複数の給電部を配することで被加熱物の加熱むらを抑制する構成が採られている（例えば、特許文献１参照）。

また、加熱室に給電されたマイクロ波は、被加熱物にすべて吸収されることはほとんどなく、少なからずのマイクロ波が給電部を経由してマグネトロン側に反射し、マグネトロン内部で熱損失している。

マグネトロンは機械的構造体であり、熱損失に対する耐用力は高く、反射してきたマイクロ波の熱損失によって熱破壊に至ることは極めて稀である。加熱室から反射するマイクロ波の量に関しては、給電部を複数にしても同様の現象である。

一方、この反射するマイクロ波をさらに別の給電部に伝送しその別の給電部から加熱室内に再度供給するという給電方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

この給電方法は、加熱室内に給電する第１給電部に加熱室側から反射してくるマイクロ波をサーキュレータと呼ばれる伝送方向を特定方向に規定する部材を利用してマイクロ波発生部側とは異なる方向に伝送させ、その先端には加熱室にマイクロ波を給電する第２給電部を配置している。

そして、その第２給電部から加熱室内に再度マイクロ波を供給する。第２給電部もまた、加熱室側から反射してくるマイクロ波を受け取るがそのマイクロ波は、第二のサーキュレータによって更に第３の給電部に伝送させ、加熱室に再再度供給するという考え方である。そして、最終的には反射したマイクロ波を熱損失させるダミーロードを配設している。
特開平０８−１８５９６７号公報 特表２００４−５１２６６１号公報

しかしながら、前記後者の従来技術は、マイクロ波発生部側への反射は回避できるが、最終的には新たに付設したダミーロードに熱損失させるものであり、構造の複雑化あるいは大型化になる課題を有する。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、マイクロ波発生部と連結した給電部以外に加熱室内のマイクロ波と結合する結合部を複数配設し、この結合部を連結してマイクロ波を加熱室を介して循環させる構成としたマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロ波加熱装置は、発振周波数を可変できる発振部と、前記発振部の出力を複数に分配して出力する電力分配部と、前記電力分配部の出力をそれぞれ電力増幅する増幅部と、前記電力分配器と前記増幅器との間に設けられ前記電力分配器の出力位相を変化させる位相可変器とを有するマイクロ波発生部と、被加熱物を収納する加熱室と、前記増幅部のそれぞれの出力を前記加熱室の対向する壁面から供給する複数の給電部と、前記加熱室の前記給電部を配設した同一壁面および前記給電部を配設していない壁面にそれぞれ設け前記加熱室内のマイクロ波と結合する複数の結合部と、前記給電部を配設した加熱室壁面と所定の隙間をもってその加熱室壁面に配設した前記給電部と前記結合部とを覆う低誘電損失材料からなる複数の仕切部と、前記加熱室の前記給電部を配設した同一壁面と前記給電部を配設していない壁面とにそれぞれ設けた異なる二つの結合部を前記加熱室外で連結する複数の導波部と、前記給電部と前記マイクロ波発生部との間に設け前記マイクロ波発生部側に伝送する反射電力を検出する電力結合器と、前記位相可変器の位相可変量および前記発振部の発振周波数を制御する制御部とを有し、前記制御部は被加熱物の加熱開始時に、前記電力結合器が検出する反射電力が最小となるように前記発振部の発振周波数を制御し、被加熱物の加熱中に前記位相可変器を制御するものであり、各結合部は、被加熱物に吸収されずに加熱室内を伝搬するマイクロ波を受け取り、導波部を伝送して連結した他方の結合部から再度、加熱室内にマイクロ波を供給する。さらに、供給するマイクロ波の周波数を可変制御し給電部が受け取る反射電力量の最小の周波数を選択して動作させることで、加熱室内に供給したマイクロ波エネルギを最大化できる。

また、給電部と結合部とを加熱室を構成する壁面と仕切部とで囲まれた同一空間に配設させることで、結合部はそれぞれの給電部が放射するマイクロ波の一部を効率よく取り入れることができ、しかも導波部を配設することで、給電部が配設された加熱室の壁面とは異なる壁面からマイクロ波を加熱室内に供給できるので、被加熱物に対して多方面からマイクロ波の供給が行われて被加熱物の加熱の均一化を促進させることができる。

さらに、位相可変器の可変位相量を制御することで、給電部から放射されるマイクロ波の位相差を変え、加熱室内のマイクロ波分布が位相差に応じて変化するので被加熱物の加熱の均一化をさらに促進させることができる。

そして、加熱室と導波部との間をマイクロ波は循環し、この循環過程において被加熱物はそのマイクロ波の一部を吸収して加熱されるので、異なる方向から供給されるマイクロ波のエネルギを被加熱物に高効率に受熱させることができる。

本発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波発生部と連結された給電部以外に加熱室内のマイクロ波と結合する結合部を複数配設し、この結合部を連結してマイクロ波を加熱室を介して循環させる構成とするとともに、電力結合器が検出する反射電力が最小となるようにマイクロ波発生部の発振周波数を制御したことで、様々な形状・種類・量の異なる被加熱物に対する受熱効率を高めたマイクロ波加熱装置を提供することができる。

第１の発明は、発振周波数を可変できる発振部と、前記発振部の出力を複数に分配して出力する電力分配部と、前記電力分配部の出力をそれぞれ電力増幅する増幅部と、前記電力分配器と前記増幅器との間に設けられ前記電力分配器の出力位相を変化させる位相可変器とを有するマイクロ波発生部と、被加熱物を収納する加熱室と、前記増幅部のそれぞれの出力を前記加熱室の対向する壁面から供給する複数の給電部と、前記加熱室の前記給電部を配設した同一壁面および前記給電部を配設していない壁面にそれぞれ設け前記加熱室内のマイクロ波と結合する複数の結合部と、前記給電部を配設した加熱室壁面と所定の隙
間をもってその加熱室壁面に配設した前記給電部と前記結合部とを覆う低誘電損失材料からなる複数の仕切部と、前記加熱室の前記給電部を配設した同一壁面と前記給電部を配設していない壁面とにそれぞれ設けた異なる二つの結合部を前記加熱室外で連結する複数の導波部と、前記給電部と前記マイクロ波発生部との間に設け前記マイクロ波発生部側に伝送する反射電力を検出する電力結合器と、前記位相可変器の位相可変量および前記発振部の発振周波数を制御する制御部とを有し、前記制御部は被加熱物の加熱開始時に、前記電力結合器が検出する反射電力が最小となるように前記発振部の発振周波数を制御し、被加熱物の加熱中に前記位相可変器を制御するものであり、各結合部は、被加熱物に吸収されずに加熱室内を伝搬するマイクロ波を受け取り、導波部を伝送して連結した他方の結合部から再度、加熱室内にマイクロ波を供給する。供給するマイクロ波の周波数を可変制御し給電部が受け取る反射電力量の最小の周波数を選択して動作させることで、加熱室内に供給したマイクロ波エネルギを最大化し、さらには給電部と結合部との異なる方向から供給することで被加熱物にマイクロ波を高効率に受熱させることができる。

また、給電部と結合部とを加熱室を構成する壁面と仕切部とで囲まれた同一空間に配設させることで、結合部はそれぞれの給電部が放射するマイクロ波の一部を効率よく取り入れることができ、しかも導波部を配設することで、給電部が配設された加熱室の壁面とは異なる壁面からマイクロ波を加熱室内に供給できるので、被加熱物に対して多方面からマイクロ波の供給が行われて被加熱物の加熱の均一化を促進させることができる。

さらに、位相可変器の可変位相量を制御することで、給電部から放射されるマイクロ波の位相差を変え、加熱室内のマイクロ波分布が位相差に応じて変化するので被加熱物の加熱の均一化をさらに促進させることができる。

第２の発明は、特に第１の発明の前記仕切部の比誘電率は、使用するマイクロ波帯域において、５〜１５の値としたものであり、仕切部が給電部および結合部を保護できるとともに、仕切部を構成する誘電体材料の比誘電率を最適にすることで仕切部を通過あるいは仕切部で反射するマイクロ波の比率を制御し、給電部から放射され仕切部で反射するマイクロ波エネルギ量を所望のエネルギ量以上に確保し、結合部が所望レベル以上のマイクロ波エネルギを受け取ることで、加熱室内には給電部から放射されるマイクロ波とは異なる方向のマイクロ波を確実に発生させ被加熱物の加熱の均一化を促進させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１において、被加熱物を収納する加熱室１０は、マイクロ波を反射させる金属材料からなる底壁面１１、左壁面１２、右壁面１３、上壁面１４、奥壁面および被加熱物を出し入れする扉（図示していない）で構成し、供給されるマイクロ波を内部に閉じ込めるように構成している。

底壁面１１の略中央部には開口１５が設けられ、この開口１５にマイクロ波発生部であるマグネトロン１６で発生したマイクロ波が導波管１７を介して伝送されるようにしてある。勿論、前記マグネトロン１６は加熱室１０の外側に設置されている。

また、開口１５を介してマイクロ波を加熱室１０内に放射する回転アンテナ１８が配置してあり、この回転アンテナ１８はモータ１９を駆動源としている。

前記回転アンテナ１８を覆うとともに、被加熱物が載置される低誘電損失材料からなる載置板２０が底壁面１１と所定の間隔をもって配置されている。

また、加熱室１０の左壁面１２、右壁面１３および上壁面１４には、加熱室１０内を伝搬するマイクロ波と結合する結合部２１、２２、２３、２４が設けてある。

そして、結合部２１と結合部２３は導波部２５で、結合部２２と結合部２４とは導波部２６でそれぞれ連結してある。これら導波部２５、２６はそれぞれ加熱室１０の外側に位置してある。

さらに、加熱室１０の左右壁面１２、１３と所定の隙間をもって結合部２１、２２を覆う低誘電損失材料からなる仕切部２７、２８が配設してある。

結合部２１〜２４の形状は、例えば、８０ｍｍ×１０ｍｍの角穴形状とし、導波部２５、２６は、ＴＥ１０モードを伝搬する矩形形状の導波管としている。

以上の構成からなるマイクロ波加熱装置の作用と動作について以下に説明する。

マイクロ波発生部であるマグネトロン１６を動作させることで、導波管１７を伝送したマイクロ波は回転アンテナ１８から加熱室１０内に供給される。

放射されるマイクロ波を実線Ｗ１で示す。このマイクロ波は加熱室１０内を構成する金属材料からなる各壁面で閉じられた空間の隅々まで伝搬し各壁面で反射を繰り返しながら伝搬を続ける。被加熱物が収納されていると、その被加熱物に入射して熱損失となる。

このとき、各結合部２１〜２４は、加熱室１０内を伝搬するマイクロ波と結合してその一部を受け取る。

そして、連結した導波部２５あるいは２６を介して他端の結合部から再度加熱室１０内にマイクロ波を放射する。この結合部から放射されるマイクロ波を図１において破線Ｗ２〜Ｗ５で示す。

このような結合部を配設させることで、回転アンテナ１８から加熱室１０内に供給されたマイクロ波エネルギの一部は結合部を介して導波部２５、２６と加熱室１０とを循環することになり、加熱室１０からマグネトロン１６側へ反射するマイクロ波エネルギ量を減少させることができる。

また、加熱室１０内へのマイクロ波の供給は結合部からも行われるので、被加熱物に対して多方面からマイクロ波の供給が行われて被加熱物の加熱の均一化を促進させることができる。

なお、導波部２５および２６の両端の結合部が受け取るマイクロ波エネルギ量を選択するために、結合部の加熱室１０内での配置位置を選択することができる。そして、導波部にて連結された結合部のひとつは、主にマイクロ波を受け取る結合部とし、他方はマイクロ波を放射する結合部とすることもできる。

以上のように、各結合部は、被加熱物に吸収されずに加熱室内を伝搬するマイクロ波を受け取り、導波部を伝送して連結した他方の結合部から再度、加熱室内にマイクロ波を供給する。

つまり、加熱室と導波部との間をマイクロ波は循環し、この循環過程において被加熱物はそのマイクロ波の一部を吸収して加熱される。

給電部へ反射するマイクロ波は、各結合部が受け取るマイクロ波エネルギ分だけ減少することになり、給電したマイクロ波のエネルギを被加熱物に高効率に受熱させることができる。

（実施の形態２）
図２は実施の形態２を示し、実施の形態１と相違する点は、複数の給電部を有する点である。

すなわち、被加熱物を収納する加熱室１００は、被加熱物を出し入れする扉（図示していない）を一面に配し、それ以外の壁面は金属材料で構成し、供給されるマイクロ波を内部に閉じ込めるように構成している。

加熱室１００内の下方には、加熱室底壁面１０１と所定の間隔をもって被加熱物を載置する低誘電損失材料からなる載置板１０２が配置してある。また加熱室１００の左右の壁面１０３、１０４のそれぞれの略中央には、給電部である放射手段１０５、１０６が対設してある。

これらの放射手段１０５、１０６に導くマイクロ波を発生させるマイクロ波発生部１０７を配する。

このマイクロ波発生部１０７は、２４００ＭＨｚから２５００ＭＨｚの周波数を発生する電圧可変型の周波数可変機能を備えた発振部１０８と、発振部の出力を２分配する電力分配器１０９と、電力分配器の２つの出力を後段の初段増幅部１１０ａ、１１０ｂに伝送する伝送路１１１ａ、１１１ｂと、初段増幅部の出力をそれぞれ増幅する主増幅部１１２ａ、１１２ｂとから構成している。

また、マイクロ波発生部１０７のそれぞれの出力１１３ａ、１１３ｂは、同軸線路１１４、１１５を伝送させて対向配置の放射手段１０５、１０６にそれぞれ導いている。

さらに、マイクロ波発生部１０７の二つの出力には、加熱室１００から反射して戻ってくる反射電力を抽出する電力結合器１１６ａ、１１６ｂをそれぞれ配している。

この電力結合器１１６ａ、１１６ｂは、結合度が約４０ｄＢとし、反射電力の約１／１００００の電力量を抽出する。

この電力信号はそれぞれ、検波ダイオード（図示していない）で整流化しコンデンサ（図示していない）で平滑処理し、その出力信号を制御部１１７に入力させている。

また、伝送路１１１ａ、１１１ｂには伝送するマイクロ波の位相を変化させる位相可変器１１８ａ、１１８ｂを設けている。

制御部１１７は、反射電力を抽出する電力結合器１１６ａ、１１６ｂの検出信号に基づいて位相可変器１１８ａ、１１８ｂの位相可変量および発振部１０８の発振周波数を制御するものである。

マイクロ波発生部１０７には半導体素子の発熱を放熱させる放熱手段（図示していない）を配する。

そして、加熱室１００の左壁面１０３、右壁面１０４および底壁面１０１には、加熱室
１００内を伝搬するマイクロ波と結合する結合部１１９〜１２２を配し、結合部１１９と結合部１２１は導波部１２３で、結合部１２０と結合部１２２は導波部１２４でそれぞれ連結してある。

これら導波部１２３、１２４は加熱室１００の外側に位置されている。

また、加熱室１００の左右壁面１０３、１０４と所定の隙間をもって給電部１０５、１０６および結合部１１９、１２０を覆う低誘電損失材料からなる仕切部１２５、１２６を設けている。

結合部１１９〜１２２の形状は、例えば、８０ｍｍ×１０ｍｍの角穴形状とし、導波部１２３、１２４は、ＴＥ１０モードを伝搬する矩形形状の導波管としている。

以上の構成において、まず、被加熱物を加熱室１００に収納し、その加熱条件を操作部（図示していない）から入力し、加熱開始キーを押す。

加熱開始信号を受けた制御手段１１７の制御出力信号によりマイクロ波発生部１０７が動作を開始する。制御手段１１７は、発振部１０８に電力を供給する。

この時、発振部の初期の発振周波数は、例えば、２４５０ＭＨｚに設定する電圧信号を供給し、発振が開始する。

以降、初段増幅部を動作させ、次に主増幅部を動作させる。このときの各主増幅部はそれぞれ１００Ｗ未満、たとえば５０Ｗのマイクロ波電力を位相差９０度でもって出力する。

加熱室１００内に供給されるマイクロ波エネルギが被加熱物に１００％吸収されると加熱室１００からの反射電力は無しになるが、被加熱物の種類・形状・量が被加熱物を含む加熱室１００の電気的特性を決定し、マイクロ波発生部１０７の出力インピーダンスと加熱室１００のインピーダンスとに基づいて、加熱室１００側から同軸線路１１４、１１５を逆方向に伝送する反射電力が生じる。

電力結合器１１６ａ、１１６ｂは、この同軸線路１１４、１１５を経てマイクロ波発生部１０７側に伝送する反射電力と結合し、その反射電力量に比例した信号を検出するものであり、検出信号を受けた制御部１１７は、反射電力が極小値となる発振周波数の選択を行う。

この周波数選択に対して、制御部１１７は、発振部の発振周波数を初期の２４５０ＭＨｚから０．１ＭＨｚピッチ（たとえば、１０ミリ秒で１ＭＨｚ）で低い周波数側に変化させ、周波数可変範囲の下限である２４００ＭＨｚに到達すると１ＭＨｚピッチで周波数を高く変化させ、２４５０ＭＨｚに到達すると再び０．１ＭＨｚピッチで周波数可変範囲の上限である２５００ＭＨｚまで高くする。

この周波数可変の中で得られた反射電力が極小となる周波数とその周波数における反射電力に相当する信号を記憶する。

そして、反射電力が極小をとる周波数群において反射電力に相当する信号が最も小さい周波数を選定し、発振部をその選定した周波数が発振するように制御するとともに発振出力を入力された加熱条件に対応した出力が得られるように制御する。

これにより、各主増幅部はそれぞれ２００Ｗから５００Ｗのマイクロ波電力を位相差９０度でもって出力する。

このマイクロ波は、同軸線路１１４、１１５を伝送して一対の対向配置の放射手段１０５、１０６から被加熱物が収納された加熱室１００内に放射される。

放射手段１０５、１０６から放射されたマイクロ波はその前方に配置された仕切部１２５、１２６によって一部が反射され、残りは透過する（図２のＷ１１、Ｗ１２）。

結合部１１９、１２０は、この反射したマイクロ波を主に取り込み、導波部１２３、１２４を介して加熱室１００の底壁面１０１の結合部１２１、１２２より加熱室１００内にマイクロ波を供給させる（図２のＷ１３、Ｗ１４）。

このように放射手段と結合部とを加熱室を構成する壁面と仕切部とで囲まれた同一空間に配設させることで、結合部１１９、１２０はそれぞれ放射手段１０３、１０４が放射するマイクロ波の一部を効率よく取り入れることができ、しかも導波部１２３、１２４を配設することで、放射手段１０５、１０６が配設された加熱室の壁面とは異なる壁面からマイクロ波を加熱室１００内に供給できるので、被加熱物に対して多方面からマイクロ波の供給が行われて被加熱物の加熱の均一化を促進させることができる。

また、加熱室１００から放射手段１０５、１０６側に仕切部１２５、１２６を透過して戻ってくるマイクロ波の一部を結合部１１９、１２０は受け取ることで、マイクロ波発生部１０７側へ反射するマイクロ波エネルギ量を減少させることができる。

なお、放射手段１０５、１０６に近接してそれぞれ設けた結合部１１９、１２０が受け取るマイクロ波エネルギ量は、仕切部１２５、１２６の比誘電率を選択することで所望の量に決定させることができる。

仕切部の比誘電率は、使用するマイクロ波帯域において、略５〜１５の値を選択することで、放射手段から放射されたマイクロ波エネルギの約２５％〜４５％を反射させることができる。

また、仕切部の配置の傾斜角度を変更することで、仕切部で反射したマイクロ波を結合部に積極的に受け取らせることもできる。

さらに、位相可変器１１８ａ、１１８ｂの可変位相量を制御することで、一対の対向配置の放射手段１０５、１０６から放射されるマイクロ波の位相差が最大で略１８０度変化するようにしている。

これにより、加熱室１００でのマイクロ波分布が位相差に応じて変化し被加熱物の加熱の均一化が促進される。

この位相差制御を実行中にあっても、結合部は、放射手段から放射され仕切部にて反射したマイクロ波および加熱室内から仕切部を透過してきたマイクロ波を受け取り、導波部を経て加熱室の底壁面から加熱室内に供給する。これにより、給電部間の位相差可変による放射と結合部が受け取ったマイクロ波を給電部が配置された壁面とは異なる壁面から供給することによって、被加熱物の加熱の均一化がさらに促進される。

一方、結合部の存在により放射手段１０５、１０６が加熱室１００側から受け取る反射量は減少させることができ、マイクロ波発生部１０７を構成する半導体素子を反射電力に
よる熱破壊から保護することができる。

そして、発振周波数を可変できる発振部を用い、供給するマイクロ波の周波数を可変制御して給電部が受け取る反射電力量の極小の周波数を選択して動作させることで、加熱室内に供給したマイクロ波エネルギは被加熱物にさらに高効率に受熱させることができる。

また、結合部は給電部と同一壁面に配設し、他端の結合部は給電部を配設していない壁面（本実施の形態では底壁面）に配設した構成により給電部が受け取るマイクロ波をより低減させるとともに、被加熱物に対しては給電部から放射されるマイクロ波とは異なる方向からマイクロ波を入射させることができ、被加熱物の加熱の高効率と均一化を促進できる。

さらに、給電部および結合部と被加熱物との間を仕切る誘電体材料からなる仕切部を配設したことにより、仕切部が給電部および結合部を保護できるとともに、仕切部を構成する誘電体材料の比誘電率を最適にすることで仕切部を通過あるいは仕切部で反射するマイクロ波の比率を制御し、給電部から放射され仕切部で反射するマイクロ波エネルギ量を所望のエネルギ量以上に確保し、結合部が所望レベル以上のマイクロ波エネルギを受け取ることで、加熱室内には給電部から放射されるマイクロ波とは異なる方向のマイクロ波を確実に発生させ被加熱物の加熱の均一化を促進させることができる。

さらにまた、給電部は、加熱室を構成する対向壁面にそれぞれ配置した構成とすることで、加熱室内のマイクロ波伝搬の対称性を確保させたことで、様々な形状・量の被加熱物を所望の状態に加熱させることができる。

なお、導波部は、同軸ケーブルを使用しても構わない。

（実施の形態３）
図３は実施の形態３を示し、実施の形態２と相違する点は、複数のマイクロ波発生部を有するところである。

図３において、図２と同一機能の構成については同一符号を付し、詳細な説明は実施の形態２のものを援用する。

図３においては、複数のマイクロ波発生部１５０、１５１を配設している。このマイクロ波発生部１５０、１５１は、実施の形態２に示したマイクロ波発生部１０７の二つの出力を電力合成して一つの出力にしたものやマイクロ波発生部１０７のうちの一方の増幅段と発振部とで構成したものである。

このマイクロ波発生部１５０、１５１は、制御部１５２によってその動作が個別に制御される。

以上のように構成されたマイクロ波加熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

先ず、マイクロ波発生部１５０、１５１を個別に動作させる場合について説明する。代表としてマイクロ波発生部１５０のみを動作させる場合、放射手段１０５から加熱室１００内にマイクロ波が供給される。

仕切部１２５を構成する誘電体材料の比誘電率が５未満の材料を使用すると、放射手段１０５から供給されたマイクロ波は、７５％以上のマイクロ波エネルギが仕切部１２５を
透過して被加熱物を収納した空間（図３においては左右の仕切部１２５、１２６で囲まれた空間）に供給され、収納された被加熱物に入射して熱損失となる。

放射手段１０５と対向する壁面に設けた放射手段１０６および結合部１２０は、仕切部１２５および仕切部１２６を透過したマイクロ波と結合してその一部を受け取る。放射手段１０６が受け取ったマイクロ波は、マイクロ波発生部１５１内にて熱損失し、結合部１２０が受け取ったマイクロ波は導波部１２４を伝送して他端の結合部１２２より再び加熱室１００内に供給される。

このとき、マイクロ波発生部１５１は非動作状態のため、放射手段１０６の入力インピーダンスが大きく、放射手段１０６よりも結合部１２０の方がより大きなマイクロ波エネルギを受け取ることになる。

一方、仕切部１２５で一次反射したマイクロ波の一部は、放射手段１０５と同一壁面上に近接して配置した結合部１１９に取り込まれて導波部１２３を伝わり他端の結合部１２１より加熱室１００に給電される。

ここで、仕切部１２５を構成する誘電体材料の比誘電率を大きくすると、結合部１１９が受け取るマイクロ波エネルギは増大し、結合部１２１から加熱室１００内に供給されるマイクロ波エネルギは増大する。

この一連の動作により、放射手段１０５（あるいは１０６）のみからのマイクロ波供給において、放射手段１０５（あるいは１０６）が加熱室１００側から受け取る反射電力は低減される。

また、被加熱物は、放射手段１０５（あるいは１０６）、結合部１２１、１２２からのマイクロ波供給を受け、加熱の均一化が促進される。

次に、複数のマイクロ波発生部１５０、１５１を同時に動作させた場合について説明する。

基本的な作用動作は、第２の実施の形態のところで説明した内容であるが、それと大きく異なるのは、異なる周波数を同時に加熱室１００内に供給した場合である。

この場合、加熱室１００内には定在波が立ちにくくなり、各結合部１１９〜１２２は、加熱室１００内のマイクロ波とそれぞれ結合する。

そして、ある時間タイミングにおいては、結合部１１９がマイクロ波を受け取り導波部１２３を介して他端の結合部１２１よりマイクロ波を再び加熱室１００内に供給し、また、ある時間タイミングにおいては、結合部１２１がマイクロ波を受け取り導波部１２３を介して他端の結合部１１９よりマイクロ波を再び加熱室１００内に供給する。

結合部１２０と１２２においても同様である。このように各結合部１１９〜１２２は、導波部１２３、１２４を介して加熱室１００内との間にマイクロ波を循環伝送させる。

この動作により、加熱室１００から各放射手段１０５、１０６を介してマイクロ波発生部１５０、１５１にそれぞれ反射するマイクロ波エネルギ量は低減され、被加熱物を効率よくかつ均一に加熱することができる。

そして、複数のマイクロ波発生部を配置し、独立した給電部の数を増やすことで、結合
部の配設とともにより多方向から被加熱物にマイクロ波を供給させることができ、被加熱物の受熱効率と均一加熱とをさらに促進できる。

また、結合部は給電部を配設した壁面に対向する壁面に配設し、他端の結合部は給電部を配設していない壁面に配設した構成より対向壁面に配した結合部が受け取るマイクロ波エネルギ量を多くでき、被加熱物に対しては給電部から放射されるマイクロ波とは異なる方向からマイクロ波をより多く供給することで、被加熱物の加熱の均一化をより促進できる。

なお、複数のマイクロ波発生部は、実施の形態１で示したマグネトロンを用いても構わない。

以上のように、本発明にかかるマイクロ波加熱装置はマイクロ波発生部と連結された給電部以外に加熱室内のマイクロ波と結合する結合部を複数配設し、この結合部を連結してマイクロ波を加熱室を介して循環させる構成とし受熱効率を高めたマイクロ波加熱装置を提供できるので、電子レンジで代表されるような誘電加熱を利用した加熱装置や生ゴミ処理機、あるいは半導体製造装置であるプラズマ電源のマイクロ波電源などの用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の構成図 本発明の実施の形態２におけるマイクロ波加熱装置の構成図 本発明の実施の形態３におけるマイクロ波加熱装置の構成図

１０、１００ 加熱室
１２、１３、１０３、１０４ 壁面
１６、１０７、１５０、１５１ マイクロ波発生部
１８ 給電部（回転アンテナ）
２１〜２４、１１９〜１２２ 結合部
２５、２６、１２３、１２４ 導波部
１０５、１０６ 給電部（放射手段）
１０８ 発振部
１０９ 電力分配部
１１０ａ、１１０ｂ、１１２ａ、１１２ｂ 増幅部

Claims (2)

1. 発振周波数を可変できる発振部と、
   前記発振部の出力を複数に分配して出力する電力分配部と、
   前記電力分配部の出力をそれぞれ電力増幅する増幅部と、
   前記電力分配器と前記増幅器との間に設けられ前記電力分配器の出力位相を変化させる位相可変器とを有するマイクロ波発生部と、
   被加熱物を収納する加熱室と、
   前記増幅部のそれぞれの出力を前記加熱室の対向する壁面から供給する複数の給電部と、前記加熱室の前記給電部を配設した同一壁面および前記給電部を配設していない壁面にそれぞれ設け前記加熱室内のマイクロ波と結合する複数の結合部と、
   前記給電部を配設した加熱室壁面と所定の隙間をもってその加熱室壁面に配設した前記給電部と前記結合部とを覆う低誘電損失材料からなる複数の仕切部と、
   前記加熱室の前記給電部を配設した同一壁面と前記給電部を配設していない壁面とにそれぞれ設けた異なる二つの結合部を前記加熱室外で連結する複数の導波部と、
   前記給電部と前記マイクロ波発生部との間に設け前記マイクロ波発生部側に伝送する反射電力を検出する電力結合器と、
   前記位相可変器の位相可変量および前記発振部の発振周波数を制御する制御部とを有し、前記制御部は被加熱物の加熱開始時に、前記電力結合器が検出する反射電力が最小となるように前記発振部の発振周波数を制御し、被加熱物の加熱中に前記位相可変器を制御するマイクロ波加熱装置。
2. 前記仕切部の比誘電率は、使用するマイクロ波帯域において、５〜１５の値とした請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
   

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