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WO2011070765A1 - マイクロ波加熱装置及びその設計支援方法 - Google Patents

マイクロ波加熱装置及びその設計支援方法 Download PDF

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Publication number
WO2011070765A1
WO2011070765A1 PCT/JP2010/007096 JP2010007096W WO2011070765A1 WO 2011070765 A1 WO2011070765 A1 WO 2011070765A1 JP 2010007096 W JP2010007096 W JP 2010007096W WO 2011070765 A1 WO2011070765 A1 WO 2011070765A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
space
microwave
antennas
antenna
microwave heating
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/007096
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
智英 神山
和宏 八幡
Original Assignee
パナソニック株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニック株式会社 filed Critical パナソニック株式会社
Publication of WO2011070765A1 publication Critical patent/WO2011070765A1/ja

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/72—Radiators or antennas

Definitions

  • the present invention relates to a microwave heating apparatus that heats an object to be heated placed in a heating chamber using microwaves.
  • Patent Document 1 discloses a microwave heating device that uniformly heats an object to be heated by stirring an microwave in a heating chamber by rotating an antenna.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view of a conventional microwave heating apparatus described in Patent Document 1.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view of a conventional microwave heating apparatus described in Patent Document 1.
  • the microwave heating apparatus shown in FIG. 8A includes a heating chamber 501, a non-rotating mounting table 502 on which an object to be heated is mounted and made of a low-loss dielectric material such as ceramics or glass, and capable of easily transmitting microwaves.
  • An antenna 503, a microwave excitation mechanism 504 using a magnetron, and a mechanism 505 for rotating the rotating antenna 503 are disposed below the mounting table 502.
  • the microwave excited by the magnetron is radiated from the coupling hole 507 on the lower surface of the rotating antenna 503 through the waveguide 506.
  • the rotating antenna 503 is rotated by the mechanism 505 for rotating the rotating antenna 503, whereby the object to be heated can be heated uniformly without stirring unevenness by stirring the microwaves.
  • the antenna shape is devised to sharpen the directivity and enhance the effect.
  • the rotating antenna 503 has a substantially rectangular pattern, and two sides facing each other in the left-right direction in FIG. 8B are bent downward (vertically downward in FIG. 8B). .
  • the other two sides are different in distance from the fixed center of rotation 508 and have an asymmetric structure with respect to the rotation axis.
  • the region of the two sides bent downward is in a state in which microwaves are difficult to transmit, and the side closer to the rotation axis among the other two sides is more easily transmitted with microwaves. Therefore, by changing the direction of the rotating antenna 503, directivity can be controlled and concentrated heating can be performed.
  • the distance between the antenna and the object to be heated is shortened as much as possible to directly irradiate the microwave or rotate the rotating antenna.
  • the technique of controlling the directivity is used.
  • concentrated heating is performed by narrowing the distance between the antenna and the object to be heated, only the part near the antenna is heated and the part far from the antenna is hardly heated. Therefore, there is a problem that heating unevenness is likely to occur and a long time is required even when the whole object to be heated is heated.
  • a rotating antenna or a rotating mounting table is used to uniformly heat an object to be heated. Therefore, a separate rotation mechanism is required, and there is a problem that the size and cost increase.
  • the frequency excited by the microwave excitation mechanism is unstable, and the frequency cannot be strictly controlled. Therefore, there is a problem that a standing wave with a clear electric field strength difference between the abdominal part and the node part is not easily generated in the closed space. That is, there is a problem that the object to be heated cannot be efficiently heated by using a strong electric field generated in the antinode portion of the standing wave.
  • an object of the present invention is to provide a microwave heating apparatus that can uniformly and efficiently heat an object to be heated with a simple configuration.
  • an embodiment of a microwave heating apparatus is an internal structure including a first space that is a substantially rectangular parallelepiped and a second space that is continuous with the lower surface of the first space.
  • a housing that forms a space, a microwave excitation unit that is made of a solid element and generates a microwave having a frequency of 2.4 to 2.5 GHz, and is arranged side by side on the lower surface of the second space, And a plurality of antennas that radiate microwaves generated by the microwave excitation unit at a position separated from the lower surface of the first space by a predetermined distance, and perpendicular to the lower surface of the first space.
  • the dimension of the upper surface of the second space is smaller than the dimension of the lower surface of the first space in a cross section parallel to the arrangement direction of the plurality of antennas, and the lower surface of the first space and the The first space is parallel to the lower surface of the second space, and the first space
  • the distance between the lower surface and the radiation surface of the antenna space is 3 ⁇ 45.6 mm.
  • a solid element is a semiconductor element.
  • the microwave heating apparatus can efficiently heat an object to be heated with a simple configuration.
  • the inventors of the present invention provide a second space narrower than the heating chamber below the heating chamber, and arranges a plurality of antennas on the lower surface thereof, thereby relating to the distance between the antenna and the upper surface of the heating chamber. It was found for the first time that the spatial synthesis of microwaves radiated from a plurality of antennas is promoted. By this space synthesis, the object to be heated can be efficiently heated. This is based on a technical idea completely different from the conventional way of thinking.
  • the antenna when the antenna is disposed below the heating chamber, a configuration in which a space for accommodating the antenna is provided has been conventionally seen.
  • the second space may be deep enough to accommodate the antenna, and a space deeper than that should be provided. I don't usually think.
  • this invention by making the distance of an antenna surface and the upper surface of 2nd space into a predetermined range, the space synthesis
  • both ends of the upper surface of the second space are opposite to both ends of the lower surface of the first space. It is preferable that it is located inside.
  • the mounting table disposed in the first space or the second space and having an upper surface parallel to the lower surface of the first space, and the lower surface of the first space and the antenna
  • the mounting table has a distance of 4.5 to 45.6 mm, and the mounting table has a distance of 4.5 ⁇ 8.0 mm from the lower surface of the first space to the upper surface of the mounting table. It is preferable to arrange so as to be.
  • the plurality of antennas are arranged symmetrically with respect to the center of the lower surface of the second space.
  • the frequencies of the plurality of microwaves radiated from the plurality of antennas are the same.
  • the plurality of microwaves radiated from the plurality of antennas have the same phase.
  • the plurality of antennas may be planar patch antennas including a metal plate having the radiation surface, the housing, and a dielectric disposed between the metal plate and the housing.
  • the body is preferably air.
  • the present invention can be realized not only as such a microwave heating apparatus but also as a design support method for the microwave heating apparatus.
  • the microwave heating apparatus according to the present invention can efficiently heat an object to be heated with a simple configuration.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the microwave heating apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 1B is a perspective view schematically showing an example of the configuration of the microwave heating apparatus 10.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an example of the configuration of the antenna.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a specific configuration of the microwave excitation unit.
  • FIG. 4 is a graph showing the result of electromagnetic field simulation when the drop amount is changed in the model of the microwave heating apparatus.
  • FIG. 5 is a graph showing the result of electromagnetic field simulation performed to confirm the effect of the drop space.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the procedure of the design support method for the microwave heating apparatus 10.
  • FIG. 7 is a diagram schematically illustrating another example of the upper space and the drop-in space.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view of a conventional microwave heating apparatus.
  • FIG. 8B is a top view of the rotating antenna in the conventional microwave heating
  • FIG. 1A is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the microwave heating apparatus according to the present embodiment.
  • a microwave heating apparatus 10 shown in FIG. 1A includes a casing 13 that forms an internal space composed of an upper space 11 and a drop space 12, and heats an object to be heated stored in a heating chamber 101.
  • the microwave heating apparatus 10 further includes a mounting table 102, non-rotating antennas 103a and 103b, and microwave excitation units 104a and 104b.
  • the antennas 103a and 103b are described as the antenna 103 when they are not particularly distinguished
  • the microwave excitation units 104a and 104b are described as the microwave excitation unit 104 when they are not particularly distinguished.
  • the drop-in space 12 is the second space of the present invention, and is, for example, a substantially rectangular parallelepiped space that is continuous with the lower surface of the upper space.
  • the dropping space 12 has an upper surface and a lower surface, and the lower surface of the dropping space 12 is parallel to the lower surface of the upper space 11.
  • the dimension of the upper surface of the drop space 12 is smaller than the dimension of the lower surface of the upper space 11 in the direction in which the antennas 103a and 103b are arranged (left and right direction in FIG. 8A).
  • both ends of the upper surface of the drop space 12 are positioned inside both ends of the lower surface of the upper space 11. Yes. That is, in FIG. 1A, both ends of the upper surface of the drop space 12 are positioned inside both ends of the lower surface of the upper space 11.
  • both ends of the upper surface of the drop space 12 are located on the inner side by the same amount on the left and right with respect to both ends of the lower surface of the upper space 11. That is, in the same cross section, the internal space composed of the upper space 11 and the drop space 12 is bilaterally symmetric. Further, the distance between the lower surface of the upper space 11 and the lower surface of the dropping space 12 is 7.4 to 50.0 mm. Preferably, the distance between the lower surface of the upper space 11 and the lower surface of the drop space 12 is substantially 20 mm.
  • the heating chamber 101 is a space surrounded by the housing 13 and the mounting table 102 and stores an object to be heated that is heated by the microwave heating apparatus 10. That is, the heating chamber 101 is a part of the internal space composed of the upper space 11 and the drop space 12. Note that the upper surface of the heating chamber 101 and the upper surface of the upper space 11 coincide.
  • the mounting table 102 is a table on which an object to be heated is mounted, and is made of, for example, glass or plastic.
  • the mounting table 102 is disposed in the upper space 11 or the drop space 12 and has an upper surface parallel to the lower surface of the upper space 11. More specifically, the mounting table 102 has an upper surface parallel to the lower surface of the drop space 12 and is disposed in the upper space 11.
  • the mounting table 102 is arranged such that the distance from the upper surface to the radiation surfaces of the plurality of antennas 103 is in the range of 20.1 ⁇ 8.0 mm.
  • the mounting table 102 is arranged such that the distance from the upper surface to the lower surface of the upper space 11 is in the range of 4.5 ⁇ 8.0 mm.
  • the microwave excitation units 104a and 104b are made of solid elements and generate microwaves having a frequency of 2.4 to 2.5 GHz. The detailed configuration will be described later.
  • the antennas 103a and 103b are arranged side by side on the lower surface of the dropping space 12, have a radiation surface at a position away from the lower surface of the dropping space 12 by a predetermined distance, and receive the microwaves generated by the microwave excitation units 104a and 104b. Radiate.
  • This antenna 103 is arranged not on the ceiling or side wall of the heating chamber 101 but on the lower surface of the drop space 12, so that, for example, the antenna 103 is compared with the case where the antenna 103 is arranged on the ceiling of the heating chamber 101.
  • the distance from the object to be heated is shortened.
  • the microwave heating apparatus 10 according to the present embodiment can be expected to have the effect of heating by direct incidence of microwaves, so that the heating efficiency is further improved.
  • the distance between the radiation surfaces of the antennas 103a and 103b and the upper surface of the drop space 12 is set within a predetermined range, it is possible to promote microwave space synthesis and efficiently heat the object to be heated.
  • the frequency of the microwave radiated from the antenna 103a is preferably the same as the frequency of the microwave radiated from the antenna 103b.
  • the microwave radiated from the antenna 103a and the microwave 103 are radiated from the antenna 103b. It is preferable that the microwaves have the same phase.
  • the plurality of antennas 103 are preferably arranged symmetrically with respect to the center of the lower surface of the drop space 12. Thereby, control of the microwave excitation part 104 can be simplified. In addition, a strong electric field can be generated parallel to the lower surface of the drop space 12.
  • the mounting table 102 is arranged in parallel to the lower surface of the drop space 12, and more specifically, the radiation surfaces of the antennas 103 a and 103 b and the upper surface of the drop space 12.
  • the number of antennas 103 is two, but the number of antennas is not limited to this, and may be four, for example.
  • FIG. 1B is a perspective view schematically showing an example of the configuration of the microwave heating apparatus 10.
  • the figure has simplified and shown the microwave heating apparatus 10 for description. Specifically, an internal space composed of an upper space 11 and a drop space 12 formed by the casing 13 of the microwave heating apparatus 10 and antennas 103a and 103b are shown.
  • the size of the drop space 12 in the z direction is b. Further, the center of the lower surface of the upper space 11 and the center of the upper surface of the drop space 12 coincide.
  • the size of the drop space 12 in the z direction may be referred to as a drop amount.
  • the distance between the antenna surface of the antenna 103a or 103b and the upper surface of the drop space 12 is c.
  • the upper space 11 and the drop space 12 are perpendicular to the lower surface of the upper space 11 and are parallel to the arrangement direction of the antennas 103a and 103b. It is smaller than the dimension of the lower surface of That is, in FIG. 1B, the width of the upper surface of the drop space 12 (width in the y direction) is smaller than the width of the lower surface of the upper space 11 (width in the y direction).
  • 4.4 in the z direction indicates the height of the antenna determined from the antenna configuration described later, and the interval between the feeding points of the antennas 103a and 103b is 90 mm.
  • -b + 4.4 can also be expressed as -c.
  • the lower surface of the upper space 11 and the lower surface of the drop space 12 are parallel and the height of the antenna is 4.4 mm, the lower surface of the upper space 11 and the antenna surface (radiation surface) of the antenna 103a or 103b It is also possible to express using the distance c.
  • the antennas 103 a and 103 b are arranged side by side on the lower surface of the drop space 12 and are arranged symmetrically with respect to the center of the lower surface of the drop space 12.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the antenna 103 used in the microwave heating apparatus 10 according to the present embodiment.
  • the antenna 103 is assumed to be a circular planar patch antenna, but the shape and structure of the antenna are not limited to this, and may be, for example, a rectangular planar patch antenna or a slot antenna.
  • the antenna 103 is composed of a microstrip line, and is composed of a dielectric 105, a metal plate 106 patterned for signals, and a casing 13 used as a ground.
  • a coaxial connector 107 for supplying power to the metal plate 106 passes through the housing 13 and the dielectric 105 and is connected from the back surface.
  • the upper surface of the metal plate 106 is a radiation surface of the antenna 103 and is disposed at a predetermined distance from the upper surface of the housing 13, that is, at a position separated by the thickness of the dielectric 105 and the metal plate 106.
  • the diameter a of the metal plate 106 is approximately 65 mm
  • the thickness t of the metal plate 106 is 0.4 mm.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a specific configuration of the microwave excitation unit 104.
  • the microwave excitation unit 104 includes an oscillation unit 408 and an amplification unit 409.
  • the oscillation unit 408 is a general high-frequency oscillation circuit composed of a transistor and a resonance circuit, and excites microwaves.
  • a Hartley oscillation circuit or a Colpitts oscillation circuit can be used as the oscillation unit 408.
  • the amplification unit 409 has a function of amplifying the microwave excited by the oscillation unit 408. Since the microwave heating apparatus may be required to have a large output of several hundred W, the amplification unit 409 may have a multi-stage configuration. Similar to the oscillation unit 408, the type of the amplification unit 409 is not limited, and is a semiconductor element using silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), gallium nitride (GaN), or the like, using a general semiconductor process or the like. Manufactured.
  • the microwave excitation unit 104 is made of a semiconductor, and the microwave excited by the oscillation unit 408 is amplified to an output necessary for the microwave heating apparatus 10 by the amplification unit 409, and the amplified microwave is transmitted to the antenna 103.
  • the microwave heating apparatus 10 generates microwaves not by excitation by a magnetron but by excitation by a solid element whose frequency is stable and the frequency can be strictly controlled. Thereby, in the upper space 11 and the drop-in space 12, a standing wave with a clearer electric field strength difference between the abdominal part and the node part can be generated. Therefore, a strong electric field can be generated and heating efficiency is improved.
  • the microwave excitation part which consists of solid elements can obtain a sharp frequency characteristic compared with a magnetron. Such sharp frequency characteristics can further promote the spatial synthesis of microwaves.
  • FIG. 4 is a graph showing the result of electromagnetic field simulation when the drop amount is changed in the model of the microwave heating apparatus.
  • the figure shows the electric field strength distribution generated in the upper space 11 and the drop space 12 obtained by electromagnetic field simulation, and the darker the color, the stronger the electric field is generated.
  • the model of the microwave heating apparatus used in this simulation is almost the same as the model of the microwave heating apparatus 10 shown in FIG. 1B, but in order to perform an electromagnetic field simulation with a structure closer to the actual machine, the ceiling of the upper space 11 is used. Is provided with an overhang having a height of 9 mm, and the total height of the upper space 11 is 239 mm.
  • 1 W of power is radiated from each antenna 103 as an example.
  • the frequency of the microwaves radiated from the antennas 103a and 103b was 2.45 GHz and the same phase.
  • (A) to (i) have different distances between the lower surface of the upper space 11 and the lower surface of the dropping space 12, that is, the dropping amount b.
  • the distance c between the lower surface of the upper space 11 and the antenna surface (radiation surface) of the antenna 103 is different.
  • the drop amount b is 2.9 mm.
  • the microwaves radiated from the two antennas 103 are spatially combined in a closed space, and a standing wave with a clear difference in electric field strength is generated in the heating chamber 101, including the vicinity of the mounting table 102.
  • the antinodes of standing waves are distributed at three locations. The strongest distribution in the figure is 1 kV / m. What should be noted here is that the antinodes of the standing wave are distributed over a wide range. The antinode portion of the standing wave corresponds to a region where the electric field strength is strong.
  • the abdominal portion near the mounting table 102 moves vertically from the center of the strong electric field. It is confirmed that it is distributed in the range of about 8.0 mm or more. Therefore, even if the mounting table 102 is displaced by ⁇ 8.0 mm from the center with respect to the z direction, the object to be heated can be heated by the abdominal portion in the vicinity of the mounting table 102, and the same effect can be obtained. This is obvious if the electric field strength is the same.
  • the distance from the lower surface of the upper space 11 to the lower surface of the mounting table is 1.5 mm away as described above, and the thickness of the mounting table 102 is 3.0 mm, so the distance from the lower surface of the upper space 11 to the upper surface of the mounting table 102 is The distance is 4.5 mm. Therefore, when the distance c from the lower surface of the upper space 11 to the upper surface (radiation surface) of the antenna 103 is substantially 15.6 mm, the mounting table 102 is from the lower surface of the upper space 11 to the upper surface of the mounting table 102. What is necessary is just to arrange
  • the distance c from the lower surface of the upper space 11 to the upper surface (radiation surface) of the antenna 103 is 15.6 mm
  • the same can be said when the distance c is 4.5 to 45.6 mm. That is, as shown in FIG. 4, even when the distance c is 4.5 to 45.6 mm, a region having a higher electric field strength than other regions is formed in the range of about 16 mm or more above the mounting table. . Therefore, even when the distance c from the lower surface of the upper space 11 to the upper surface (radiation surface) of the antenna 103 is 4.5 to 45.6 mm, the distance from the lower surface of the upper space 11 to the upper surface of the mounting table 102 is 4. By setting the thickness within the range of 5 mm ⁇ 8.0 mm, the object to be heated can be effectively heated.
  • the microwave heating apparatus 10 can be realized with a simple configuration.
  • the standing wave is generally generated by the combination of the traveling wave and the reflected wave, and in a simplified manner, in a closed space such as the microwave heating apparatus 10, the ceiling of the heating chamber 101 from the antenna 103. It is considered that the generation of standing waves is determined depending on the distance up to. For example, even when no standing wave is generated as shown in FIG. 4A, the difference in electric field strength between the abdominal part and the node part is clear by changing the distance from the antenna 103 to the ceiling of the heating chamber 101. It is expected that standing waves can be generated.
  • the present inventors provide a second space (drop space 12) narrower than the heating chamber 101 below the heating chamber 101 and dispose the antenna 103 by arranging a plurality of antennas 103 on the lower surface thereof.
  • the space for housing the antenna 103 is deep enough to accommodate the antenna 103 because of the desire to make the ratio of the heating chamber 101 occupying the entire volume of the microwave heating apparatus 10 such as a microwave oven as large as possible. That's fine, and I usually don't think about creating a deeper space.
  • the drop space 12 is provided, and the distance between the radiation surface (antenna surface) of the antenna 103 and the upper surface of the second space (drop space 12) is set to a predetermined range. Space synthesis can be promoted, and the object to be heated can be efficiently heated.
  • the inventors have demonstrated that the effect of the present invention is due to the provision of the drop space 12 and the distance between the lower surface of the upper space 11 and the radiation surface (antenna surface) of the antenna 103 within a predetermined range. In order to do this, the following simulation was performed.
  • FIG. 5 is a graph showing the result of the electromagnetic field simulation performed to confirm the effect of the drop space 12.
  • the distribution was simulated.
  • the drop amount b is equal to the antenna surface (radiation surface) of the antenna 103a or 103b. This is equivalent to expressing using the distance c from the upper surface of the drop space 12.
  • the analysis model of the microwave heating apparatus used in this electromagnetic field simulation is as follows.
  • (A) is the same analysis model as (g) in FIG. 4, and (c) is the same analysis model as (h) in FIG. It is.
  • (B) is an analysis model in which the height from the lower surface of the drop space 12 to the upper surface of the upper space 11 is equal to (a) and the drop amount b is different from (a).
  • (D) is an analysis model in which the height from the lower surface of the drop space 12 to the upper surface of the upper space 11 is equal to (c) and the drop amount b is different from (c).
  • projection of 9 mm in height is provided in the ceiling of the upper space 11, the said numerical value is a value except a 9 mm overhang.
  • the standing wave generated in the microwave heating apparatus 10 is not generated depending on the distance from the antenna 103 to the ceiling of the heating chamber 101, but the lower surface of the upper space 11 and the radiation surface (antenna of the antenna 103). It is concluded that it occurs depending on the distance c to the surface. That is, the spatial synthesis of microwaves radiated from a plurality of antennas in the present invention is considered to be a phenomenon in the vicinity of the drop space 12.
  • the distance between the plurality of antennas is preferably 60 mm or more and 120 mm or less as the feeding point interval in order to effectively perform space synthesis.
  • the frequency of the microwave radiated from the antenna 103 is 2.45 GHz.
  • 2.4 to 2 are frequencies that are recognized and usable by the Radio Law. A similar result is obtained even in a band of .5 GHz.
  • the microwave heating apparatus 10 is a continuous drop in the upper space 11 and the lower surface of the upper space 11 that are substantially rectangular parallelepiped.
  • a housing 13 that forms an internal space consisting of the space 12, a microwave excitation unit 104a and 104b that is formed of a solid element and generates a microwave having a frequency of 2.4 to 2.5 GHz, and a lower surface of the drop space 12
  • a plurality of antennas 103a and 103b that are arranged side by side and have a radiation surface at a position away from the lower surface of the drop-in space 12 by a predetermined distance and radiate microwaves generated by the microwave excitation units 104a and 104b.
  • heating by standing waves generated in the upper space 11 and the drop space 12 can be performed.
  • the object to be heated can be efficiently heated.
  • the spatial synthesis of the microwaves radiated from the plurality of antennas 103a and 103b occurs effectively, so that the difference in electric field strength between the abdominal part and the node part is clear.
  • a standing wave is generated. Therefore, the object to be heated can be uniformly and efficiently heated using the antinode portion of the standing wave generated in this way, that is, the distribution of strong electric field.
  • it since it is not necessary to rotate the plurality of antennas 103a and 103b, it can be realized with a simple configuration.
  • the microwave heating apparatus 10 can efficiently heat an object to be heated with a simple configuration.
  • both ends of the upper surface of the second space are opposite to both ends of the lower surface of the first space. It is preferable that it is located inside.
  • the present invention can be realized not only as such a microwave heating apparatus but also as a design support method for the microwave heating apparatus.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the procedure of the design support method for the microwave heating apparatus according to the present invention.
  • This design support method is a method for supporting the design of the microwave heating apparatus described above. More specifically, in the microwave heating apparatus to be designed, a method for obtaining an optimum value of the drop amount b by setting a region where a strong electric field is desired to be generated. Since the lower surface of the upper space 11 and the lower surface of the drop space 12 are parallel and the height of the antenna is 4.4 mm, the lower surface of the upper space 11 and the antenna surface (radiation surface) of the antenna 103a or 103b This is equivalent to a method for obtaining the optimum value of the distance c. In the following description, the drop amount b is taken as an example.
  • a dependency relationship between the drop amount of the drop space and the electric field intensity distribution generated in the heating chamber of the microwave heating device at that time is calculated. That is, dependency relationships are calculated by electromagnetic field simulation for a plurality of microwave heating apparatus models having different drop amounts in the drop space (step S11).
  • step S12 a region where a strong electric field is desired to be generated is received in the heating chamber of the microwave heating apparatus to be designed.
  • step S13 the drop amount corresponding to the region in which the strong electric field accepted in step S12 is to be generated is specified (step S13).
  • Such a design support method can also be realized as a program executed on a computer.
  • a processor provided in a computer acquires a pair of a drop amount and an electric field intensity distribution from a user via an input device such as a keyboard for a microwave heating device by executing a design support program. Then, the acquired data is stored as a dependency in a storage device such as a hard disk (step S11). And the area
  • the processor may store the approximate curve calculated by the least square method or the like using the pair of the drop amount and the electric field intensity distribution input from the user as the dependency relationship in the storage device. .
  • the microwave heating device concerning the present invention was explained based on the embodiment, the present invention is not limited to these embodiments.
  • the present invention also includes forms obtained by making various modifications conceivable by those skilled in the art to these embodiments, and other forms realized by arbitrarily combining the components in the embodiments and the positional relationship of the antennas. include.
  • the mounting table 102 is disposed in the upper space 11, but the present invention is not limited to this. As long as the distance from the upper surface of the mounting table 102 to the radiation surfaces of the antennas 103a and 103b is in the range of 20.1 ⁇ 8.0 mm, the mounting table 102 may be disposed in the drop space 12. .
  • the upper space 11 is a substantially rectangular parallelepiped
  • the rectangular parallelepiped may have rounded corners, or may have a convex structure or a concave structure on one surface of the rectangular parallelepiped.
  • the microwave heating apparatus 10 includes the two microwave excitation units 104a and 104b.
  • the microwave heating unit 10 includes one microwave excitation unit, and the microwave generated by the one microwave excitation unit. May be supplied to the plurality of antennas 103a and 103b by distributing them using a distributor.
  • the configuration of the drop-in space may be as shown in FIG. That is, the dimension of the upper surface of the drop space and the dimension of the lower surface of the upper space may be the same in a cross section perpendicular to the lower surface of the upper space and perpendicular to the arrangement direction of the plurality of antennas 103a and 103b.
  • both ends of the upper surface of the drop space 12 are located on the inner side by the same amount on the left and right with respect to both ends of the lower surface of the upper space 11. That is, in the same cross section, the internal space composed of the upper space 11 and the drop space 12 is left-right symmetric.
  • the present invention is not limited to this and may be asymmetric.
  • it is preferable that the internal space composed of the upper space 11 and the drop space 12 is symmetric because a standing wave that is symmetric in the heating chamber is obtained and can be heated uniformly.
  • the microwave heating apparatus can generate a strong electric field in a region where an object to be heated is placed, the heating efficiency can be improved as compared with the related art. Therefore, it is useful for electromagnetic cooking appliances such as a microwave oven.

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Abstract

簡易な構成で、被加熱物を効率よく加熱することができるマイクロ波加熱装置は、略直方体の上部空間（１１）と、上部空間（１１）の下面に連続する落とし込み空間（１２）とからなる内部空間を形成する筐体（１３）と、周波数が２．４～２．５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマイクロ波励振部（１０４ａ、１０４ｂ）と、落とし込み空間（１２）の下面に並んで配置され、落とし込み空間（１２）の下面から所定距離だけ離れた位置に放射面を有し、マイクロ波励振部（１０４ａ、１０４ｂ）で発生されたマイクロ波を放射する複数のアンテナ（１０３ａ、１０３ｂ）とを有し、落とし込み空間（１２）の上面の寸法は上部空間（１１）の下面の寸法よりも小さく、上部空間（１１）の下面と落とし込み空間（１２）の下面とは平行であり、複数のアンテナ（１０３ａ、１０３ｂ）の放射面と落とし込み空間（１２）の上面との距離は、３～４５．６ｍｍである。

Description

マイクロ波加熱装置及びその設計支援方法
　本発明は、加熱室内に載置された被加熱物をマイクロ波によって加熱するマイクロ波加熱装置に関するものである。
　従来、マイクロ波により食品等の被加熱物に加熱処理を施す高周波加熱装置において、加熱効率の向上や、加熱ムラを無くした均一加熱を目的として、被加熱物の状態や形状に応じた局所加熱や、加熱室内へのマイクロ波の放射を均一化させるための技術が種々開示されている。例えば、特許文献１には、アンテナを回転させることで加熱室内のマイクロ波を攪拌させて被加熱物を均一に加熱するマイクロ波加熱装置が開示されている。
　ここで、特許文献１記載のマイクロ波加熱装置の構成について説明する。
　図８Ａは、特許文献１記載の従来のマイクロ波加熱装置の断面図である。
　図８Ａに示すマイクロ波加熱装置は、加熱室５０１と、被加熱物を載置しセラミックスやガラスなどの低損失誘電材料からなり、マイクロ波が容易に透過できる非回転の載置台５０２と、回転アンテナ５０３と、マグネトロンを使用したマイクロ波励振機構５０４と、回転アンテナ５０３を回転させるための機構５０５とが載置台５０２の下方に配置されている。マグネトロンによって励振されたマイクロ波は、導波管５０６を通って回転アンテナ５０３下面にある結合孔５０７から放射される。このとき、回転アンテナ５０３を回転させるための機構５０５によって回転アンテナ５０３を回転させることにより、マイクロ波を攪拌することで、被加熱物を加熱ムラがない、均一加熱を行うことが可能である。さらに回転アンテナ５０３の指向性を制御して被加熱物に集中的にマイクロ波を照射させることで、加熱効率が向上され、加熱時間を短縮することができる。さらにアンテナ形状を工夫することで指向性を先鋭化し、効果を高めている。
　具体的には、回転アンテナ５０３は、図８Ｂに示す通り、略四角形のパターンであり、図８Ｂの左右方向で対向する２辺は下方（図８Ｂでは鉛直下向き方向）へ折り曲げられた構造である。他の２辺は固定された回転の中心５０８からの距離が異なっており回転軸に対して非対称な構造である。このような構造とすることで、下方へ折り曲げられた２辺の領域はマイクロ波が透過しにくい状態となり、他の２辺のうち回転軸からの距離が近い側はよりマイクロ波が透過しやすくなるため、回転アンテナ５０３の向きを変えることで指向性を制御して集中加熱を行うことができる。
特開２００６－２８６４４３号公報
　このように、従来のマイクロ波加熱装置において、マグネトロンを使用して集中加熱を行う場合は、アンテナと被加熱物との距離をできるだけ短くして、直接マイクロ波を照射する、あるいは回転アンテナを回転させて指向性を制御する、といった手法が用いられている。しかしながら、アンテナと被加熱物との距離を狭くして集中加熱を行う場合、被加熱物はアンテナに近い部分のみが加熱され、アンテナから遠い部分は加熱されにくい。そのため、加熱ムラが生じやすく、被加熱物全体を加熱する場合も多くの時間を要するという課題がある。
　また、従来のマイクロ波加熱装置では、被加熱物を均一に加熱するために、回転アンテナまたは回転する載置台（ターンテーブル）を使用する。そのため、別途回転機構が必要になり、サイズやコスト増が生じるという課題がある。
　さらに、従来のマグネトロンを使用したマイクロ波加熱装置では、マイクロ波励振機構により励振される周波数が不安定であり、周波数を厳密に制御することができない。そのため、閉空間内に腹部分と節部分との電界強度差が明確な定在波が発生しにくい、という課題がある。つまり、定在波の腹部分に発生する強い電界を利用して、被加熱物を効率よく加熱することができないという課題がある。
　そこで、本発明は、簡易な構成で、被加熱物を均一に効率よく加熱することができる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、本発明に係るマイクロ波加熱装置の一形態は、略直方体の第１の空間と、前記第１の空間の下面に連続する第２の空間とからなる内部空間を形成する筐体と、固体素子からなり、周波数が２．４～２．５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマイクロ波励振部と、前記第２の空間の下面に並んで配置され、前記第２の空間の下面から所定距離だけ離れた位置に放射面を有し、前記マイクロ波励振部で発生されたマイクロ波を放射する複数のアンテナとを有し、前記第１の空間の下面に垂直であり、かつ、前記複数のアンテナの並び方向に平行な断面において、前記第２の空間の上面の寸法は、前記第１の空間の下面の寸法よりも小さく、前記第１の空間の下面と前記第２の空間の下面とは平行であり、前記第１の空間の下面と前記アンテナの放射面との距離は、３～４５．６ｍｍである。
　これにより、複数のアンテナから放射されたマイクロ波が被加熱物に直接入射することによる加熱に加えて、第１の空間及び第２の空間に発生する定在波による加熱を行うことができ、被加熱物を効率よく加熱することができる。具体的には、第１の空間及び第２の空間において、複数のアンテナから放射されたマイクロ波の空間合成が効果的に生じるので、第１の空間及び第２の空間に腹部分と節部分との電界強度の差が明確な定在波が発生する。よって、このように発生した定在波の腹部分、つまり、強い電界の分布を利用し、被加熱物を均一に効率よく加熱することができる。さらに、複数のアンテナなどを回転させる必要がないので、簡易な構成で実現できる。
　また、周波数が安定しており厳密に周波数を制御できる固体素子による励振でマイクロ波を発生させることで、腹部分と節部分との電界強度差が一層明確な定在波を発生させることができる。なお、固体素子とは、半導体素子のことである。
　このように、本発明に係るマイクロ波加熱装置は、簡易な構成で、被加熱物を効率よく加熱することができる。
　従来、定在波を効果的に発生させるために、加熱室の寸法をマイクロ波の波長の整数倍となるように最適化することが検討されてきた。例えば、加熱室の下面にアンテナを配置した場合には、アンテナ面と加熱室の上面との距離をマイクロ波の波長を考慮して最適化していた。しかし、本願発明者らは、加熱室の下に加熱室よりも幅の狭い第２の空間を設け、その下面に複数のアンテナを配置することにより、アンテナと加熱室の上面との距離に関係なく、複数のアンテナから放射されるマイクロ波の空間合成が促進されることを初めて見出した。この空間合成により、被加熱物を効率よく加熱することができる。これは、従来の考え方とは全く異なる技術思想によるものである。
　なお、アンテナを加熱室の下方に配置する場合に、アンテナを収納するための空間を設けた構成は従来から見られる。しかし、電子レンジ全体の体積に占める加熱室の割合をできるだけ大きくしたいという要望から、第２の空間はアンテナを収納するのに十分な深さであればよく、敢えてそれ以上に深い空間を設けようとは通常考えない。これに対し本願発明では、アンテナ面と第２の空間の上面との距離を所定の範囲とすることにより、マイクロ波の空間合成を促進し、被加熱物を効率よく加熱することができる。
　また、前記第１の空間の下面に垂直であり、かつ、前記複数のアンテナの並び方向に平行な断面において、前記第２の空間の上面の両端は、前記第１の空間の下面の両端の内側に位置していることが好ましい。
　また、さらに、さらに、前記第１の空間または前記第２の空間に配置され、前記第１の空間の下面に平行な上面を有する載置台を有し、前記第１の空間の下面と前記アンテナの放射面との距離は、４．５～４５．６ｍｍであり、前記載置台は、前記第１の空間の下面から当該載置台の上面までの距離が４．５±８．０ｍｍの範囲となるように配置されていることが好ましい。
　これにより、載置台の上面付近に強い電界が発生するので、載置台に載置される被加熱物を最も効率よく加熱することができる。
　また、前記複数のアンテナは、前記第２の空間の下面の中心に対して対称に配置されていることが好ましい。
　これにより、第２の空間の下面の中心における垂線の延伸方向において、マイクロ波のエネルギーの空間合成が効果的に生じ、強い電界を発生させることができる。よって、載置台の中心と、第２の空間の下面の中心とが一致している場合に、載置台の中心付近に強い電界を発生させることができる。
　また、前記複数のアンテナから放射される複数の前記マイクロ波の周波数は同じであることが好ましい。
　これにより、マイクロ波励振部の制御が簡素化できる。
　また、前記複数のアンテナから放射される複数の前記マイクロ波は同位相であることが好ましい。
　これにより、第２の空間の下面に対して平行に強い電界を発生させることができる。よって、例えば、第２の空間の下面に対して平行に載置台が配置されている場合、薄く、かつ、大きい形状の被加熱物であっても、効率よく均一に加熱できる。
　また、前記複数のアンテナは、前記放射面を有する金属板と、前記筐体と、前記金属板と前記筐体との間に配置された誘電体と、を有する平面パッチアンテナであり、前記誘電体は空気であることが好ましい。
　これにより、複数のアンテナの薄型化及び広帯域化ができる。
　また、本発明は、このようなマイクロ波加熱装置として実現できるだけでなく、マイクロ波加熱装置の設計支援方法として実現することもできる。
　本発明に係るマイクロ波加熱装置は、簡易な構成で、被加熱物を効率よく加熱することができる。
図１Ａは、本実施の形態に係るマイクロ波加熱装置の構成の一例を示す断面図である。 図１Ｂは、マイクロ波加熱装置１０の構成の一例を模式的に示す斜視図である。 図２は、アンテナの構成の一例を示す断面図である。 図３は、マイクロ波励振部の具体的な構成の一例を示すブロック図である。 図４は、マイクロ波加熱装置のモデルにて、落とし込み量を変化させた場合の電磁界シミュレーションの結果を示すグラフである。 図５は、落とし込み空間の効果を確認するために行った電磁界シミュレーションの結果を示すグラフである。 図６は、マイクロ波加熱装置１０の設計支援方法の手順を示すフローチャートである。 図７は、上部空間及び落とし込み空間の他の一例を模式的に示す図である。 図８Ａは、従来のマイクロ波加熱装置の断面図である。 図８Ｂは、従来のマイクロ波加熱装置における回転アンテナの上面図である。
　以下、本発明の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置について、図面を参照しながら説明する。
　＜全体構成の説明＞
　図１Ａは、本実施の形態に係るマイクロ波加熱装置の構成の一例を示す断面図である。
　図１Ａに示すマイクロ波加熱装置１０は、上部空間１１と、落とし込み空間１２とからなる内部空間を形成する筐体１３を備え、加熱室１０１に収納された被加熱物を加熱する。マイクロ波加熱装置１０は、さらに、図１Ａに示すように、載置台１０２と、非回転のアンテナ１０３ａ及び１０３ｂと、マイクロ波励振部１０４ａ及び１０４ｂとを有する。なお、以下、アンテナ１０３ａ及び１０３ｂを特に区別しない場合は、それぞれアンテナ１０３と記載し、マイクロ波励振部１０４ａ及び１０４ｂを特に区別しない場合は、それぞれマイクロ波励振部１０４と記載する。
　上部空間１１は、本発明の第１の空間であって、略直方体の空間である。
　落とし込み空間１２は、本発明の第２の空間であって、上部空間の下面に連続する、例えば略直方体の空間である。落とし込み空間１２は、上面と下面とを有し、落とし込み空間１２の下面は、上部空間１１の下面と平行である。また、アンテナ１０３ａ及び１０３ｂの並び方向（図８Ａの左右方向）において、落とし込み空間１２の上面の寸法は上部空間１１の下面の寸法より小さい。具体的には、落とし込み空間１２の下面に垂直であり、かつ、アンテナ１０３ａ及び１０３ｂの並び方向に平行である断面において、落とし込み空間１２の上面の寸法は上部空間１１の下面の寸法より小さい。つまり、図１Ａにおいて、落とし込み空間１２の上面の幅は上部空間１１の下面の幅より小さい。
　また、上部空間１１の下面に垂直であり、かつ、アンテナ１０３ａ及び１０３ｂの並び方向に平行である断面において、落とし込み空間１２の上面の両端は、上部空間１１の下面の両端の内側に位置している。すなわち、図１Ａにおいて、落とし込み空間１２の上面の両端は、上部空間１１の下面の両端の内側に位置している。
　また、本実施の形態では、図１Ａに示す断面において、落とし込み空間１２の上面の両端は、上部空間１１の下面の両端に対して、左右で同じ量だけ内側に位置している。すなわち、同断面において、上部空間１１及び落とし込み空間１２からなる内部空間は、左右対称となっている。また、上部空間１１の下面と落とし込み空間１２の下面との距離は、７．４～５０．０ｍｍである。好ましくは、上部空間１１の下面と落とし込み空間１２の下面との距離は、実質的に２０ｍｍである。
　加熱室１０１は、筐体１３及び載置台１０２で囲まれた空間であって、マイクロ波加熱装置１０により加熱される被加熱物を収納する。つまり、加熱室１０１は、上部空間１１及び落とし込み空間１２からなる内部空間の一部である。なお、加熱室１０１の上面と上部空間１１の上面とは一致している。
　載置台１０２は、被加熱物が載置される台であり、例えばガラス及びプラスチックなどで構成される。載置台１０２は、上部空間１１または落とし込み空間１２に配置され、上部空間１１の下面に平行な上面を有する。より具体的には、載置台１０２は、落とし込み空間１２の下面に平行な上面を有し、上部空間１１に配置される。例えば、この載置台１０２は、その上面から複数のアンテナ１０３の放射面までの距離が２０．１±８．０ｍｍの範囲となるように配置されている。また、この載置台１０２は、その上面から上部空間１１の下面までの距離が４．５±８．０ｍｍの範囲となるように配置されている。
　マイクロ波励振部１０４ａ及び１０４ｂは、固体素子からなり、周波数が２．４～２．５ＧＨｚのマイクロ波を発生する。詳細構成については後述する。
　アンテナ１０３ａ及び１０３ｂは、落とし込み空間１２の下面に並んで配置され、落とし込み空間１２の下面から所定距離だけ離れた位置に放射面を有し、マイクロ波励振部１０４ａ及び１０４ｂで発生されたマイクロ波を放射する。このアンテナ１０３は、加熱室１０１の天井や側壁部ではなく、落とし込み空間１２の下面に並んで配置されることで、例えば加熱室１０１の天井部分にアンテナ１０３を配置した場合と比べて、アンテナ１０３から被加熱物までの距離を短くしている。その結果、本実施の形態のマイクロ波加熱装置１０はマイクロ波の直接入射による加熱の効果も見込めるため、一層加熱効率が改善する。さらに、アンテナ１０３ａ及び１０３ｂの放射面と落とし込み空間１２の上面との距離を所定の範囲とすることにより、マイクロ波の空間合成を促進し、被加熱物を効率よく加熱することができる。なお、所定の範囲の詳細は、後述するが、アンテナ１０３の高さを４．４ｍｍとした場合に、３～４５．６ｍｍである。また、このアンテナ１０３ａから放射されるマイクロ波の周波数とアンテナ１０３ｂから放射されるマイクロ波の周波数とは同じであることが好ましく、さらに、アンテナ１０３ａから放射されるマイクロ波と、アンテナ１０３ｂから放射されるマイクロ波とは同位相であることが好ましい。また、複数のアンテナ１０３は、落とし込み空間１２の下面の中心に対して対称に配置されているのが好ましい。これにより、マイクロ波励振部１０４の制御を簡素化できる。また、落とし込み空間１２の下面に対して平行に強い電界を発生させることができる。
　よって、図１Ａのように、落とし込み空間１２の下面に対して平行に載置台１０２が配置されていることにより、より具体的には、アンテナ１０３ａ及び１０３ｂの放射面と落とし込み空間１２の上面との距離を所定の範囲とすることにより、マイクロ波の空間合成を促進し、被加熱物を効率よく加熱することができる。それにより、薄く、かつ、大きい形状の被加熱物であっても、効率よく均一に加熱できる。例えば、平皿に盛られた食品も効率よく均一に加熱できるという効果を奏する。
　なお、本実施の形態ではアンテナ１０３の数は２つであるが、アンテナの数はこれに限るものではなく、例えば４つでもよい。
　図１Ｂは、マイクロ波加熱装置１０の構成の一例を模式的に示す斜視図である。なお、同図は、説明のためにマイクロ波加熱装置１０を簡略化して示している。具体的には、マイクロ波加熱装置１０の筐体１３により形成される上部空間１１及び落とし込み空間１２とからなる内部空間と、アンテナ１０３ａ及び１０３ｂとが示されている。
　上部空間１１のサイズは（ｘ×ｙ×ｚ）＝（３１４×４１０×２３０）ｍｍである。落とし込み空間１２のｘ－ｙ平面のサイズは（ｘ×ｙ）＝（２２４×３２２）ｍｍであり、加熱室１０１よりも小さい形状としている。落とし込み空間１２のｚ方向のサイズをｂとする。また、上部空間１１の下面の中心と、落とし込み空間１２の上面の中心とは一致している。なお、以降、落とし込み空間１２のｚ方向のサイズを落とし込み量と記載する場合がある。また、アンテナ１０３ａまたは１０３ｂのアンテナ面と落とし込み空間１２の上面との距離をｃとする。
　このように、上部空間１１及び落とし込み空間１２は、上部空間１１の下面に垂直であり、かつ、アンテナ１０３ａ及び１０３ｂの並び方向に平行である断面において、落とし込み空間１２の上面の寸法が上部空間１１の下面の寸法より小さい。つまり、図１Ｂにおいて、落とし込み空間１２の上面の幅（ｙ方向における幅）は上部空間１１の下面の幅（ｙ方向における幅）より小さい。
　また、アンテナ１０３ａ及び１０３ｂは、例えば、図１Ｂの座標系において、マイクロ波の放射面における励振点を基準として（ｘ，ｙ，ｚ）＝（１５６，１６０，－ｂ＋４．４）と（１５６，２５０，－ｂ＋４．４）の同一平面内２箇所に対称に配置される。ここでｚ方向の４．４とは、後述するアンテナの構成から決定したアンテナの高さを示しており、アンテナ１０３ａと１０３ｂの給電点の間隔は９０ｍｍである。ここで、－ｂ＋４．４は、－ｃとも表現できる。つまり、上部空間１１の下面と落とし込み空間１２の下面とは平行であり、アンテナの高さが４．４ｍｍであることから、上部空間１１の下面とアンテナ１０３ａまたは１０３ｂのアンテナ面（放射面）との距離ｃを用いて表現することもできる。
　以上の関係から、アンテナ１０３ａ及び１０３ｂは、落とし込み空間１２の下面に並んで配置され、かつ落とし込み空間１２の下面の中心に対して対称に配置されている。これにより、落とし込み空間１２の下面の中心における垂線の延伸方向において、マイクロ波のエネルギーの空間合成が効果的に生じ、強い電界を発生させることができる。よって、ユーザにより被加熱物が載置されると想定される、載置台１０２の中心付近に、強い電界を発生させることができ、被加熱物を効率よく加熱できる。
　＜アンテナ構成の説明＞
　図２は、本実施の形態に係るマイクロ波加熱装置１０に用いるアンテナ１０３の構成の一例を示す断面図である。なお、アンテナ１０３はここでは円形の平面パッチアンテナを想定しているが、アンテナの形状、構造はこれに限るものではなく、例えば矩形の平面パッチアンテナでもよいし、スロットアンテナでもよい。
　アンテナ１０３はマイクロストリップ線路で構成され、誘電体１０５と、シグナル用にパターンニングされた金属板１０６と、グランドとして用いる筐体１３とから構成されている。金属板１０６へ給電するための同軸コネクタ１０７は、筐体１３と誘電体１０５とを貫通して、裏面から接続されている。なお、金属板１０６の上面は、アンテナ１０３の放射面であり、筐体１３の上面から所定距離、すなわち、誘電体１０５及び金属板１０６の厚み分だけ離れた位置に配置される。
　アンテナ１０３はマイクロ波励振部１０４から励振されるマイクロ波の周波数ｆ＝２．４５ＧＨｚで最も反射が少なくなるように設計されている。このときの金属板１０６の直径ａはおよそ６５ｍｍ、誘電体１０５は厚さｈ＝４ｍｍの空気、金属板１０６の厚みｔは０．４ｍｍであり、この構造において５０Ωでマッチングを取るために、円の中心から励振点（図示せず）までの距離をρ’＝１１．４ｍｍとしている。つまり、アンテナ１０３の誘電体１０５は、金属板１０６と落とし込み空間１２の下面とで挟まれる空間における空気である。これにより、アンテナ１０３を薄型化及び広帯域化できる。
　＜マイクロ波励振部の説明＞
　図３は、マイクロ波励振部１０４の具体的な構成の一例を示すブロック図である。
　図３に示すように、マイクロ波励振部１０４は発振部４０８と増幅部４０９とを備えている。
　発振部４０８は、トランジスタと共振回路とからなる一般的な高周波発振回路でありマイクロ波を励振する。この発振部４０８は、例えば、ハートレー型発振回路やコルピッツ型発振回路を用いることができる。なおトランジスタや共振回路、発振回路の種類に制限はなく、自由に選択することができる。
　増幅部４０９は、発振部４０８で励振されたマイクロ波を増幅する機能を有する。マイクロ波加熱装置には数百Ｗの大きな出力が求められることもあるため、増幅部４０９は多段構成にしてもよい。発振部４０８と同様に増幅部４０９の種類も制限はなく、シリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素(ＧａＡｓ)、窒化ガリウム（ＧａＮ）などを使用した半導体素子であり、一般的な半導体プロセス等を用いて製造される。
　以上のように、マイクロ波励振部１０４は半導体からなり、発振部４０８で励振されたマイクロ波を増幅部４０９にてマイクロ波加熱装置１０に必要な出力まで増幅し、増幅したマイクロ波をアンテナ１０３へ供給する。このように、マイクロ波加熱装置１０は、マグネトロンによる励振ではなく、周波数が安定しており厳密に周波数を制御できる固体素子による励振でマイクロ波を発生する。これにより、上部空間１１及び落とし込み空間１２において、腹部分と節部分との電界強度差が一層明確な定在波を発生させることができる。よって、強い電界を発生させることができ、加熱効率が向上する。
　なお、マグネトロンによるマイクロ波加熱装置１０が発生するマイクロ波では、ピークに対して１／２となる幅である半値幅は１ＭＨｚ～１０ＭＨｚ程度である。これに対し、固体素子による励振で発生するマイクロ波の半値幅は、１Ｈｚ～１ｋＨｚ程度である。このように、固体素子からなるマイクロ波励振部は、マグネトロンに比べてシャープな周波数特性を得ることができる。このようなシャープな周波数特性により、マイクロ波の空間合成をより促進することができる。
　＜シミュレーション結果（落とし込み量変化）の説明＞
　図４は、マイクロ波加熱装置のモデルにて、落とし込み量を変化させた場合の電磁界シミュレーションの結果を示すグラフである。同図は、電磁界シミュレーションにより得られる上部空間１１及び落とし込み空間１２に発生する電界強度分布を表し、色が濃いほど、強い電界が発生していることを意味する。
　最初にシミュレーションの条件を述べる。
　当シミュレーションに用いたマイクロ波加熱装置のモデルは、図１Ｂに示したマイクロ波加熱装置１０のモデルとほぼ同じであるが、実機により近い構造で電磁界シミュレーションを行うために、上部空間１１の天井には高さ９ｍｍの張り出しを設け、上部空間１１のトータルの高さは２３９ｍｍとしている。また、加熱室１０１の前面（ｘ＝０）は誘電率４．１のガラスによるドア部分とし、載置台１０２は、厚さ３．０ｍｍで誘電率６．７のガラスとした。さらに実機では加熱室１０１の底がネジ止めされており、ネジの頭によって載置台１０２が浮くため、載置台１０２の底面は上部空間１１の底面（ｚ＝０）から１．５ｍｍ離れた構成とした。また、加熱室１０１内には被加熱物は存在しない無負荷の状態とし、観測面はｘ＝１５７ｍｍでのｙ－ｚ平面としている。また各アンテナ１０３からは一例として１Ｗの電力を放射しているとした。また、アンテナ１０３ａ及び１０３ｂから放射されるマイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚであり、かつ同位相とした。
　以上の条件は、図４の（ａ）～（ｉ）の全てに共通の条件である。次に、（ａ）～（ｉ）で異なる条件について述べる。
　（ａ）～（ｉ）は、上部空間１１の下面と落とし込み空間１２の下面との距離、すなわち落とし込み量ｂがそれぞれ異なる。換言すると、上部空間１１の下面とアンテナ１０３のアンテナ面（放射面）との距離ｃがそれぞれ異なる。具体的には、（ａ）は、落とし込み量ｂ＝２．９ｍｍとしている。換言すると、上部空間１１の下面からアンテナ１０３の上面（放射面）までの距離ｃを－１．５ｍｍとしている。ｃ＝－１．５ｍｍとは、アンテナ１０３の放射面が、上部空間１１の下面よりも１．５ｍｍ高い位置にあることを意味する。これは、上述したように、上部空間１１の下面と落とし込み空間１２の下面とは平行であり、アンテナ１０３の高さが４．４ｍｍであることによる。以下、載置台の位置は変えずに、落とし込み量ｂを変化させ、（ｂ）はｂ＝３．６ｍｍ（またはｃ＝－０．８ｍｍ）、（ｃ）はｂ＝４．４ｍｍ（またはｃ＝０．０ｍｍ）、（ｄ）はｂ＝５．９ｍｍ（またはｃ＝１．５ｍｍ）、（ｅ）はｂ＝７．４ｍｍ（またはｃ＝３．０ｍｍ）、（ｆ）はｂ＝８．９ｍｍ（またはｃ＝４．５ｍｍ）、（ｇ）はｂ＝１０．４ｍｍ（またはｃ＝６．０ｍｍ）、（ｈ）はｂ＝２０．０ｍｍ（またはｃ＝１５．６ｍｍ）、（ｉ）はｂ＝５０．０ｍｍ（またはｃ＝４５．６ｍｍ）としている。
　以上のシミュレーション結果から、次のようなことが見出された。
　（ａ）～（ｄ）では、加熱室１０１に発生する電界強度に、被加熱物を集中して加熱できるような強い電界が見られない。それに対して、（ｅ）のｂ＝７．４ｍｍ（またはｃ＝３．０ｍｍ）程度から定在波が発生して載置台付近に特に強い電界分布となって均一集中加熱に効果を奏することが見出された。さらに（ｆ）～（ｉ）にかけて落とし込み量ｂを増やしていくと、強電界となる範囲が広がるとともに、電界強度も高くなっていき、（ｈ）のｂ＝２０ｍｍ（またはｃ＝１５．６ｍｍ）では範囲、強度ともに良好な結果が得られている。また落とし込み量ｂが増えることでこの強電界の範囲は空間中をアンテナ側へシフトしていく傾向が見られている。なお、落とし込み量ｂを（ｈ）のｂ＝２０．０ｍｍ（またはｃ＝１５．６ｍｍ）から（ｉ）のｂ＝５０．０ｍｍ（またはｃ＝４５．６ｍｍ）の間に設定したとしても、強電界分布を発生させることができ、その位置がずれているだけの結果となることは電磁界シミュレーションを行わずとも明らかである。
　つまり、上部空間１１の下面とアンテナ１０３の放射面との距離ｃを３～４５．６ｍｍとすることにより、マイクロ波加熱装置は、アンテナ１０３ａ及び１０３ｂから放射されたマイクロ波が被加熱物に直接入射することによる加熱に加えて、上部空間１１及び落とし込み空間１２に発生する定在波による加熱を行うことができる。それにより加熱室１０１に収納された被加熱物を効率よく加熱することができる。具体的には、上部空間１１の下面からアンテナ１０３の上面（放射面）までの距離ｃを３～４５．６ｍｍとすることにより、上部空間１１及び落とし込み空間１２において、アンテナ１０３ａ及び１０３ｂから放射されたマイクロ波の空間合成が効果的に生じるので、上部空間１１及び落とし込み空間１２に腹部分と節部分との電界強度の差が明確な定在波が発生する。また、載置台近傍の上方に強電界分布を発生させることができる。
　ここで（ｈ）のｂ＝２０．０ｍｍ（またはｃ＝１５．６ｍｍ）に着目する。２つのアンテナ１０３から放射されたマイクロ波は閉空間内で空間的に合成されて、加熱室１０１内に電界強度の差が明確な定在波が発生しており、載置台１０２近傍を含めて３箇所に定在波の腹部分が分布している。図中で最も強い分布は１ｋＶ／ｍである。ここで注目すべき点としては、定在波の腹部分が広範囲に分布していることである。定在波の腹部分とは、電界強度の強い領域に相当する。落とし込み量が２０．０ｍｍ、すなわち、上部空間１１の下面からアンテナ１０３の上面（放射面）までの距離ｃが１５．６ｍｍのときに、載置台１０２付近の腹部分は、強電界の中心から上下８．０ｍｍ程度以上の範囲で分布していることが確認される。したがってｚ方向に対して中心から±８．０ｍｍだけ載置台１０２がずれたとしても、載置台１０２付近の腹部分により被加熱物を加熱することができるため、同様の効果を奏する。これは電界強度が同じであれば明らかである。ここで上部空間１１の下面から載置台の下面までは、前述の通り１．５ｍｍ離れており、載置台１０２の厚さは３．０ｍｍなので、上部空間１１の下面から載置台１０２の上面までの距離は４．５ｍｍとなる。したがって、載置台１０２は、上部空間１１の下面からアンテナ１０３の上面（放射面）までの距離ｃが実質的に１５．６ｍｍの場合には、上部空間１１の下面から載置台１０２の上面までの距離が４．５ｍｍ±８．０ｍｍの範囲となるように配置されていればよい。
　なお、上部空間１１の下面からアンテナ１０３の上面（放射面）までの距離ｃが１５．６ｍｍの場合について説明したが、距離ｃが４．５～４５．６ｍｍにおいても同様のことが言える。すなわち、図４に示すように距離ｃが４．５～４５．６ｍｍにおいても、載置台の上方の１６ｍｍ程度以上の範囲には、その他の領域に比べて電界強度が強い領域が形成されている。したがって、上部空間１１の下面からアンテナ１０３の上面（放射面）までの距離ｃが４．５～４５．６ｍｍの場合においても、上部空間１１の下面から載置台１０２の上面までの距離を４．５ｍｍ±８．０ｍｍの範囲とすることにより、被加熱物を効果的に加熱することができる。
　また、従来のマイクロ波加熱装置のように、マグネトロンを用いてマイクロ波を励振し、アンテナを被加熱物近傍に配置して直接入射によって加熱した場合は、被加熱物のアンテナから近い部分だけが集中的に加熱されて、遠い部分では加熱できていないといった状況も考えられる。しかしながら、本実施の形態のように、載置台１０２の近傍に対して広範囲に強電界の分布を作ることで、被加熱物の一部にマイクロ波が一点集中することなく、加熱することができるため加熱効率が改善され、同じ被加熱物を温める際にもより短時間で行うことができる。
　また、アンテナ１０３を回転させる必要がないので、マイクロ波加熱装置１０は、簡易な構成で実現できる。
　＜落とし込み空間の効果の検証＞
　ところで、一般的に、定在波は、進行波と反射波との合成によって発生するものであり、単純化すればマイクロ波加熱装置１０のような閉空間内ではアンテナ１０３から加熱室１０１の天井までの距離に依存して定在波の発生が決まると考えられる。例えば図４（ａ）のように定在波が発生していない状態でも、アンテナ１０３から加熱室１０１の天井までの距離を変えることにより、腹部分と節部分との電界強度の差が明確な定在波を発生させることができると予想される。
　そのため、従来では、定在波を効果的に発生させるために、加熱室１０１の寸法をマイクロ波の波長の整数倍となるように最適化することが検討されてきた。例えば、加熱室１０１の下面にアンテナ１０３を配置した場合には、アンテナ１０３の放射面（アンテナ面）と加熱室１０１の上面との距離をマイクロ波の波長を考慮して最適化していた。しかし、本発明者らは、加熱室１０１の下に加熱室１０１よりも幅の狭い第２の空間（落とし込み空間１２）を設け、その下面に複数のアンテナ１０３を配置することにより、アンテナ１０３と加熱室１０１の上面との距離に関係なく、複数のアンテナ１０３から放射されるマイクロ波の空間合成が促進されることを初めて見出した。この空間合成により、被加熱物を効率よく加熱することができる。これは、従来の考え方とは全く異なる技術思想によるものである。
　なお、アンテナ１０３を加熱室１０１の下方に配置する場合に、アンテナ１０３を収納するための空間を設けた構成は従来から見られる。しかし、例えば電子レンジなどのマイクロ波加熱装置１０全体の体積に占める加熱室１０１の割合をできるだけ大きくしたいという要望から、アンテナ１０３を収納するための空間はアンテナ１０３を収納するのに十分な深さであればよく、敢えてそれ以上に深い空間を設けようとは通常考えない。
　これに対し、本発明では、落とし込み空間１２を設け、アンテナ１０３の放射面（アンテナ面）と第２の空間（落とし込み空間１２）の上面との距離を所定の範囲とすることにより、マイクロ波の空間合成を促進し、被加熱物を効率よく加熱することができる。
　以下、発明者らは、本発明の効果が落とし込み空間１２を設け、上部空間１１の下面とアンテナ１０３の放射面（アンテナ面）との距離を所定の範囲としたことによるものであることを実証するために、次のようなシミュレーションを行った。
　図５は、落とし込み空間１２の効果を確認するために行った電磁界シミュレーションの結果を示すグラフである。
　この電磁界シミュレーションでは、落とし込み空間１２の下面から上部空間１１の上面までの高さが等しく、落とし込み量ｂのみが異なる２パターンのマイクロ波加熱装置の解析モデルにおいて、発生する定在波の電界強度分布をシミュレーションした。ここで、上部空間１１の下面と落とし込み空間１２の下面とは平行であり、アンテナの高さが４．４ｍｍであることから、落とし込み量ｂは、アンテナ１０３ａまたは１０３ｂのアンテナ面（放射面）と落とし込み空間１２の上面との距離ｃを用いて表現することと等価である。
　具体的には、この電磁界シミュレーションに用いたマイクロ波加熱装置の解析モデルは、（ａ）が図４の（ｇ）と同じ解析モデル、（ｃ）が図４の（ｈ）と同じ解析モデルである。（ｂ）は、落とし込み空間１２の下面から上部空間１１の上面までの高さが（ａ）と等しく、落とし込み量ｂが（ａ）と異なる解析モデルである。（ｄ）は、落とし込み空間１２の下面から上部空間１１の上面までの高さが（ｃ）と等しく、落とし込み量ｂが（ｃ）と異なる解析モデルである。
　より具体的には、（ａ）は全体の高さが２４０．４ｍｍ、上部空間１１の高さが２３０．０ｍｍ、ｂ＝１０．４ｍｍ（またはｃ＝６．０ｍｍ）である。（ｂ）は、全体の高さが（ａ）と同じ２４０．４ｍｍ、上部空間１１の高さが２３７．５ｍｍ、ｂ＝２．９ｍｍ（またはｃ＝－１．５ｍｍ）である。（ｃ）は、全体の高さが２５０．０ｍｍ、上部空間１１の高さが２３０．０ｍｍ、ｂ＝２０．０ｍｍ（またはｃ＝１５．６ｍｍ）である。（ｄ）は、全体の高さが（ｃ）と同じ２５０．０ｍｍ、上部空間１１の高さが２４７．１ｍｍ、ｂ＝２．９ｍｍ（またはｃ＝－１．５ｍｍ）である。なお、上部空間１１の天井には、高さ９ｍｍの張り出しを設けているが、上記数値は、９ｍｍの張り出しを除いた値である。
　図５の（ａ）～（ｄ）から、以下のことが言える。
　まず、全体の高さが２４０．４ｍｍである（ａ）と（ｂ）との比較から以下のことが言える。すなわち、（ａ）と（ｂ）とでは全体の高さが同じであるにも関わらず、電界強度分布には明らかな違いが認められる。つまり、（ａ）と（ｂ）とでは、発生している定在波に明らかな違いがある。また、（ｂ）よりも（ａ）に強い電界が発生していることがわかる。
　次に、全体の高さが２５０．０ｍｍである（ｃ）と（ｄ）との比較から以下のことが言える。すなわち、（ｃ）と（ｄ）とでは、（ａ）と（ｂ）との比較と同様に、全体の高さが同じであるにも関わらず、電界強度分布に明らかな差が認められ、（ｄ）よりも（ｃ）に強い電界が発生していることがわかる。
　つまり、ｂ＝１０．４ｍｍ（ｃ＝６．０ｍｍ）に相当するモデル（（ａ）と（ｂ）の結果）とｂ＝２０．０ｍｍ（ｃ＝１５．６ｍｍ）に相当するモデル（（ｃ）と（ｄ）の結果）とを比較して勘案すると、定在波を発生させるための条件は、アンテナから加熱室の天井までの距離によって決定されているのではなく、落とし込み量が少ない状態では定在波が発生しにくい傾向が見られる。また、（ｂ）の結果は加熱室に対してｚ方向に定在波が発生しているが、ｙ方向に伸びたように分布し、被加熱物が配置されるｙ方向の中心付近に電界が集中していないため、加熱効率を改善する効果は低い。（ｄ）に至っては定在波の発生も確認できない状態であり、マイクロ波加熱装置としては好ましい状態とは言えない。以上の傾向は図４でも同様であり、すなわち落とし込み量ｂを増やすことで、励振されるマイクロ波の経路が変化してｙ方向の中心付近に強電界分布を発生させることができる。
　以上から、マイクロ波加熱装置１０に発生する定在波は、アンテナ１０３から加熱室１０１の天井までの距離に依存して発生するのではなく、上部空間１１の下面とアンテナ１０３の放射面（アンテナ面）との距離ｃに依存して発生すると結論付けられる。すなわち、本発明における複数のアンテナから放射されるマイクロ波の空間合成は、落とし込み空間１２の近傍での現象と考えられる。なお、複数のアンテナ間の距離としては、空間合成を効果的に行うために、給電点間隔として６０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下が好ましい。
　なお、図４及び図５に示した電磁界シミュレーションは、アンテナ１０３から放射されるマイクロ波の周波数を２．４５ＧＨｚとしているが、電波法で認められて使用可能な周波数である２．４～２．５ＧＨｚの帯域においても、ほぼ同様の結果が得られる。
　以上のように、簡易な構成で、被加熱物を効率よく加熱するために、本実施の形態に係るマイクロ波加熱装置１０は、略直方体の上部空間１１及び上部空間１１の下面に連続する落とし込み空間１２とからなる内部空間を形成する筐体１３と、固体素子からなり、周波数が２．４～２．５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマイクロ波励振部１０４ａ及び１０４ｂと、落とし込み空間１２の下面に並んで配置され、落とし込み空間１２の下面から所定距離だけ離れた位置に放射面を有し、マイクロ波励振部１０４ａ及び１０４ｂで発生されたマイクロ波を放射する複数のアンテナ１０３ａ及び１０３ｂとを有し、上部空間１１の下面に垂直であり、かつ、複数のアンテナ１０３ａ及び１０３ｂの並び方向に平行な断面において、落とし込み空間１２の上面の寸法は上部空間１１の下面の寸法より小さく、上部空間１１の下面と落とし込み空間１２の下面とは平行であり、上部空間１１の下面とアンテナ１０３の放射面と落とし込み空間１２の上面との距離は、３～４５．６ｍｍである。
　これにより、複数のアンテナ１０３ａ及び１０３ｂから放射されたマイクロ波が被加熱物に直接入射することによる加熱に加えて、上部空間１１及び落とし込み空間１２に発生する定在波による加熱を行うことができ、被加熱物を効率よく加熱することができる。具体的には、上部空間１１及び落とし込み空間１２において、複数のアンテナ１０３ａ及び１０３ｂから放射されたマイクロ波の空間合成が効果的に生じるので、腹部分と節部分との電界強度の差が明確な定在波が発生する。よって、このように発生した定在波の腹部分、つまり、強い電界の分布を利用し、被加熱物を均一に効率よく加熱することができる。さらに、複数のアンテナ１０３ａ及び１０３ｂなどを回転させる必要がないので、簡易な構成で実現できる。
　また、周波数が安定しており厳密に周波数を制御できる固体素子による励振でマイクロ波を発生させることで、腹部分と節部分との電界強度差が一層明確な定在波を発生させることができる。
　このように、本実施の形態に係るマイクロ波加熱装置１０は、簡易な構成で、被加熱物を効率よく加熱することができる。
　また、前記第１の空間の下面に垂直であり、かつ、前記複数のアンテナの並び方向に平行な断面において、前記第２の空間の上面の両端は、前記第１の空間の下面の両端の内側に位置していることが好ましい。
　また、本発明は、このようなマイクロ波加熱装置として実現できるだけでなく、マイクロ波加熱装置の設計支援方法として実現することもできる。
　図６は、本発明に係るマイクロ波加熱装置の設計支援方法の手順を示すフローチャートである。
　この設計支援方法は、上述のマイクロ波加熱装置の設計を支援する方法である。より詳しくは、設計の対象となるマイクロ波加熱装置において、強い電界を発生させたい領域を設定することにより、落とし込み量ｂの最適値を求める方法である。なお、上部空間１１の下面と落とし込み空間１２の下面とは平行であり、アンテナの高さが４．４ｍｍであることから、上部空間１１の下面とアンテナ１０３ａまたは１０３ｂのアンテナ面（放射面）との距離ｃの最適値を求める方法と等価である。以下では、落とし込み量ｂを例に取り説明する。
　図６において、まず、落とし込み空間の落とし込み量と、そのときにマイクロ波加熱装置の加熱室内に発生する電界強度分布との依存関係を算出する。すなわち、落とし込み空間の落とし込み量が異なる複数のマイクロ波加熱装置モデルについて、電磁界シミュレーションにより依存関係を算出する（ステップＳ１１）。
　次に、設計の対象となるマイクロ波加熱装置の加熱室内において、強い電界を発生させたい領域を受け付ける（ステップＳ１２）。
　次に、ステップＳ１１で算出された依存関係を参照することにより、ステップＳ１２で受け付けた強い電界を発生させたい領域に対応する落とし込み量を特定する（ステップＳ１３）。
　なお、このような設計支援方法は、コンピュータで実行されるプログラムとして実現することもできる。具体的には、コンピュータに備えられたプロセッサは、設計支援用プログラムを実行することによって、マイクロ波加熱装置について、落とし込み量と電界強度分布との対をキーボード等の入力装置を介してユーザから取得し、取得したデータを上記依存関係としてハードディスク等の記憶装置に格納しておく（ステップＳ１１）。そして、設計の対象となるマイクロ波加熱装置の加熱室内において、強い電界を発生させたい領域を、マウス等の入力装置を介してユーザから受け付ける（ステップＳ１２）。最後に、記憶装置に格納されている依存関係を参照することにより、ステップＳ１２で受け付けた、強い電界を発生させたい領域に対応する落とし込み量を特定する（ステップＳ１３）。なお、依存関係については、プロセッサはユーザから入力された落とし込み量と電界強度分布との対を用いて、最小二乗法などで算出した近似曲線を、上記依存関係として記憶装置に格納してもよい。
　以上、本発明に係るマイクロ波加熱装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。これらの実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、実施の形態における各構成要素、及び、アンテナの位置関係を任意に組み合わせて実現される別の形態も本発明に含まれる。
　例えば、上記実施の形態では、載置台１０２を上部空間１１に配置したが、これに限るものではない。載置台１０２の上面からアンテナ１０３ａ及び１０３ｂの放射面までの距離が、２０．１±８．０ｍｍの範囲となるように配置されていれば、載置台１０２を落とし込み空間１２に配置してもよい。
　また、上部空間１１は略直方体としたが、具体的には、直方体の角に丸みを有したものや、直方体の一面に凸構造又は凹構造を有したものでもよい。
　また、実施の形態において、マイクロ波加熱装置１０は２つのマイクロ波励振部１０４ａ及び１０４ｂを有したが、１つのマイクロ波励振部を有し、その１つのマイクロ波励振部で発生されたマイクロ波を分配器により分配することにより、複数のアンテナ１０３ａ及び１０３ｂにマイクロ波を供給してもよい。
　また、落とし込み空間の構成は、図７に示すような構成であってもよい。つまり、上部空間の下面に垂直であり、かつ、複数のアンテナ１０３ａ及び１０３ｂの並び方向に垂直な断面において、落とし込み空間の上面の寸法と上部空間の下面の寸法とが同じであってもよい。
　また、本実施の形態では、図１Ａに示す断面において、落とし込み空間１２の上面の両端は、上部空間１１の下面の両端に対して、左右で同じ量だけ内側に位置している。すなわち、同断面において、上部空間１１及び落とし込み空間１２からなる内部空間は、左右対称となっているとした。しかし、これに限るものではなく非対称であってもよい。但し、上部空間１１及び落とし込み空間１２からなる内部空間を左右対称とした方が、加熱室内において左右対称な定在波が得られ、均一に加熱ができるため好ましい。
　本発明にかかるマイクロ波加熱装置は、被加熱物が載置される領域に強電界を発生させることができるため、従来よりも加熱効率を向上できる。したがって、電子レンジなどの電磁調理家電などに有用である。
　１０　マイクロ波加熱装置
　１１　上部空間
　１２　落とし込み空間
　１３　筐体
　１０１、５０１　加熱室
　１０２、５０２　載置台
　１０３、１０３ａ、１０３ｂ　アンテナ
　１０４、１０４ａ、１０４ｂ　マイクロ波励振部
　１０５　誘電体
　１０６　金属板
　１０７　同軸コネクタ
　４０８　発振部
　４０９　増幅部
　５０３　回転アンテナ
　５０４　マイクロ波励振機構
　５０５　アンテナを回転させるための機構
　５０６　導波管
　５０７　結合孔
　５０８　回転の中心

Claims (8)

  1. 　略直方体の第１の空間と、前記第１の空間の下面に連続する第２の空間とからなる内部空間を形成する筐体と、
    　固体素子からなり、周波数が２．４～２．５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマイクロ波励振部と、
    　前記第２の空間の下面に並んで配置され、前記第２の空間の下面から所定距離だけ離れた位置に放射面を有し、前記マイクロ波励振部で発生されたマイクロ波を放射する複数のアンテナとを有し、
    　前記第１の空間の下面に垂直であり、かつ、前記複数のアンテナの並び方向に平行な断面において、前記第２の空間の上面の寸法は、前記第１の空間の下面の寸法よりも小さく、
    　前記第１の空間の下面と前記第２の空間の下面とは平行であり、前記第１の空間の下面と前記アンテナの放射面との距離は、３～４５．６ｍｍである、
    　マイクロ波加熱装置。
  2. 　前記第１の空間の下面に垂直であり、かつ、前記複数のアンテナの並び方向に平行な断面において、前記第２の空間の上面の両端は、前記第１の空間の下面の両端の内側に位置している、
    　請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
  3. 　さらに、前記第１の空間または前記第２の空間に配置され、前記第１の空間の下面に平行な上面を有する載置台を有し、
    　前記第１の空間の下面と前記アンテナの放射面との距離は、４．５～４５．６ｍｍであり、
    　前記載置台は、前記第１の空間の下面から当該載置台の上面までの距離が４．５±８．０ｍｍの範囲となるように配置されている、
    　請求項１又は２に記載のマイクロ波加熱装置。
  4. 　前記複数のアンテナは、前記第２の空間の下面の中心に対して対称に配置されている、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
  5. 　前記複数のアンテナから放射される複数の前記マイクロ波の周波数は同じである、
    　請求項１～４のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
  6. 　前記複数のアンテナから放射される複数の前記マイクロ波は同位相である、
    　請求項５に記載のマイクロ波加熱装置。
  7. 　前記複数のアンテナは、前記放射面を有する金属板と、前記筐体と、前記金属板と前記筐体との間に配置された誘電体と、を有する平面パッチアンテナであり、
    　前記誘電体は空気である、
    　請求項１～６のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
  8. 　略直方体の第１の空間及び前記第１の空間の下面に連続する第２の空間からなる内部空間を形成する筐体と、固体素子からなり、周波数が２．４～２．５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマイクロ波励振部と、前記第２の空間の下面に並んで配置され、前記第２の空間の下面から所定距離だけ離れた位置に放射面を有し、前記マイクロ波励振部で発生されたマイクロ波を放射する複数のアンテナとを有し、前記第１の空間の下面に垂直であり、かつ、前記複数のアンテナの並び方向に平行な断面において、前記第２の空間の上面の寸法は、前記第１の空間の下面の寸法よりも小さく、前記第１の空間の下面と前記第２の空間の下面とは平行である、マイクロ波加熱装置の設計を支援する方法であって、
    　前記第１の空間の下面と前記第２の空間の下面との距離と、前記複数のアンテナから複数の前記マイクロ波を放射した場合に前記第１の空間及び前記第２の空間からなる前記内部空間に発生する電界強度分布との依存関係を算出する算出ステップと、
    　設計の対象となるマイクロ波加熱装置の前記内部空間において、強い電界を発生させたい領域を受け付ける受け付けステップと、
    　前記算出ステップで算出された依存関係を参照することにより、前記受け付けステップで受け付けた領域に対応する、前記第１の空間の下面と前記第２の空間の下面との距離を特定する特定ステップとを含む、
    　マイクロ波加熱装置の設計支援方法。
     
     
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