微波加热装置的制造方法_3

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之对应的最佳的接收天线。另一方面,在加热领域中,取代具有指向性的接收天线,由不特别具有指向性的食品等被加热物接收微波,因此重要之处仅在于微波均匀地照射在被加热物整体上的效果。因此,在加热领域中,无论是右旋偏振波还是左旋偏振波都不存在问题,可以构成多个开口而使得右旋偏振波和左旋偏振波混合存在。
[0093]以下,使用图5?图15,关于本实施方式I的微波吸出开口 114,说明在食品等被加热物越处于附近时,吸出波导管104内的微波的特性(吸出效果)就越优良的情况。
[0094]首先,说明吸出效果。关于食品处于附近时会放射何种程度的微波,使用CAE,对现有的线偏振波与本实施方式I的圆偏振波进行了比较。图5A、图5B是分别从上方观察到的图。图5A表示现有的产生线偏振波的结构,图5B表示产生圆偏振波的结构。图5C是从正面观察到的剖视图。如图5A所示,产生线偏振波的开口 127呈到达管轴的两侧的直线状。如图5B所示,产生圆偏振波的开口 128呈X字状,且在波导管126的宽度方向上对称地配置有两个。开口 127、128都为在波导管126的宽度方向上对称的形状。此外,开口 127、128的缝隙宽度都为10mm,缝隙长度都为Lmm。在这种结构中,分析了不存在食品的情况(无食品)和图5C所不的存在食品129的情况(有食品)。另外,在图5C的有食品的情况下,食品129的面积为两种,食品129的材质为3种,食品129的尚度为30mm且丨旦定,并且将波导管126与开口面的距离D作为参数。
[0095]首先,为了将无食品的情况下的微波的放射量作为基准,将基于无食品时的开口长度L的放射量变化在图6A、图6B中描绘成图表。图6A表示图5A的基于现有的线偏振波开口 127的特性,图6B表示基于图5B的圆偏振波开口 128的特性。在图6A、图6B中,横轴是开口长度L,纵轴是设在波导管126内传输的电力为I时从开口放射的放射量。
[0096]在图6A中,作为开口长度L选择了 45.5mm,在图6B中,作为开口长度L选择了46.5mm。关于开口长度L的选择,选择了放射与无食品时相同的量(在波导管内传输的电力的1/10)的开口长度L (使得图表的纵轴为0.1的L)。
[0097]接着,图7示出固定为所选择的开口长度L,在有食品的条件下进行分析并归纳了特性而得到的结果。作为食品的种类,设为具有冷冻牛肉、冷藏牛肉、水这3种,并设食品的面积为10mm方形和200mm方形这两种进行了分析。横轴是从食品到开口的距离D,纵轴是设无负载时的放射量为I时的相对放射量。亦即,表示相比无食品时,由于食品处于附近而进行多少倍的放射(食品以何种程度吸出微波)。图表中,虚线是线偏振波(I字状开口127),实线是圆偏振波(两个X字状开口 128)。关于开口 127、128,都是圆偏振波的放射量多于线偏振波的放射量,特别在距离D为20mm以下的实用距离时,可知存在2倍左右的差。因此,可以说无论食品的种类和食品的面积如何,圆偏振波的吸出效果都高于线偏振波的吸出效果。
[0098]具体观察时,首先针对食品的种类而言,特别在距离D为1mm以下时,介电常数和介电损耗较小的冷冻牛肉的吸出效果较强,而介电常数和介电损耗较大的水的吸出效果较弱。此外,在冷藏牛肉和水的情况下,在距离D较大时,尤其是线偏振波的放射量下降至I以下。其原因被认为是由食品反射的微波返回而抵消所致。
[0099]接着,关于食品的面积,在10mm方形和200mm方形的情况下微波的放射量几乎没有变化,因此可认为对吸出效果的影响较小。
[0100]如上所述,可知X字状的圆偏振波开口 128的吸出效果高于I字状的线偏振波开口 127的吸出效果。以下考察其原因。
[0101]将考察吸出效果产生的原理。推测大概与电介质带来的波长压缩效果有关。通常在介电常数ε较高的环境中,已知微波的波长被压缩为I/ V ε的波长压缩这一现象。关于介电常数变化导致的波长压缩,换言之等同于在相同介电常数的环境下开口的大小扩大至V ε倍的情况。使用图8的示意图进行说明。将开口分为无开口、小开口、大开口这3种,将介质分为空气的情况和电介质的情况进行考察。
[0102]系统整体处于空气中的情况下,介电常数为1,波长为λ = 120mm。这种情况下,在无开口的情况下不放射微波,在小开口的情况下也不放射微波,而仅在大开口的情况下放射微波。通常,可以说如果开口长度超过λ/2( N 60mm)则易于放射微波。因此,认为能够通过例如使小开口的长度为λ/4( N 30mm),大开口的长度为λ/2( N 60mm),实现在小开口的情况下不放射微波,而在大开口的情况下放射微波。
[0103]另一方面,在系统整体处于介电常数ε的电介质中的情况下,通过介电常数为ε的波长压缩效果,使得波长被压缩至λ/ V ε,开口以好像被扩大至V ε倍的方式进行动作。因此,只要是使得在小开口的长度为V ε倍时超过λ/2 N 60的尺寸,就能够从开口放射微波。例如,已知微波炉加热食品中含有的水,因此在电介质为水的情况下,若认作水的介电常数ε = 80, V ε N 9,则小开口会如从上述30mm被扩大至30X9 N 270mm那样进行动作。由此,能够从小开口充分地放射微波。
[0104]这里,无论直径整体的介电常数如何,在无开口的情况下始终不放射微波,而在大开口的情况下始终放射微波。仅在小开口时,微波的放射有无根据介电常数的变化而发生变化。
[0105]使用图9说明根据如上情况而发展得到的吸出效果的思路。这种思路在于,不必使系统整体成为电介质,而仅通过作为电介质的食品接近,就能够产生一种波长压缩效果,从开口吸出微波。原本,在未放射微波的小开口的周边也充入不少的电磁场,而在由于电介质接近而扰乱了被充入的电磁场时,认为会一次性放射微波。由此,如图9所示,可认为在无食品的情况下未放射微波的小开口处,在有食品的情况下在小开口附近被充入的电磁场被扰乱,而且根据食品本身的介电常数使得波长被压缩而吸出微波。利用被吸出的微波,对食品直接加热。
[0106]接着,考察X字状的圆偏振波开口 128的吸出效果高于I字状的线偏振波开口 127的吸出效果的原因。图10是根据无食品的分析结果求出的、针对圆偏振波和线偏振波示出了开口长度与放射量之间的关系的特性图。两者在如果开口长度变长则放射量增加这一点是一致的。然而,线偏振波的上升较快,而斜率逐渐变小,相对于此,圆偏振波的上升较慢,斜率较大。亦即,圆偏振波的放射量相对于开口长度的变化率较大(灵敏度较高)。因此,即使相同食品接近,吸出效果也会产生差异,圆偏振波的情况下能够大量吸出微波。
[0107]另外,针对圆偏振波开口,还对X字状以外的形状进行了确认。
[0108]产生圆偏振波的开口形状不仅是X字状。使用与图4同样的分析,对开口形状进行各种变更,明确了能够放射圆偏振波的开口的条件。图11示出其结果。开口形状除了 I字状、X字状之外,还有四边形(正方形)、圆形,合计4种。开口配置为波导管的宽度方向中央和靠端部的两种。在开口配置为波导管的宽度方向中央的情况下,任何开口都不会产生涡旋状的电场,不会成为圆偏振波。另一方面,在开口配置为波导管的宽度方向的靠端部的情况下,除I字状的情况之外,都会产生涡旋状的电场而成为圆偏振波。I字状是仅在一个方向上较长的形状,因此不包含正交的长孔,所以可认为无论配置位置如何都仅能放射线偏振波。综上所述,可知产生圆偏振波的条件在于,开口配置为从波导管的宽度方向中央偏离配置,而且开口形状为包含正交的长孔的形状。
[0109]接着,根据能够产生圆偏振波的3种开口形状(X字状、四边形、圆形),说明吸出效果的差异。图12是根据无食品的分析结果求出的,是对作为能够产生圆偏振波的X字状、圆形、四边形(正方形)的开口,示出了开口长度与放射量之间的关系的特性图。在所有的开口形状中,如果开口长度变长则微波的放射量增加这一点是一致的。然而,斜率差异较大。按照斜率从大到小的顺序为X字状、圆形、四边形(正方形),亦即,放射量相对于开口长度的变化率按照该顺序而逐渐变大(灵敏度变高)。其原因大概可认为是四边形和圆内部包含X形状,还包含多余的开口,因此各种微波会被放射从而互相抵消,整体的放射量会降低。另一方面,X字状的开口仅通过一组正交成分构成,因此可认为不存在无效的放射,并最有效率地产生圆偏振波。如上所述,能够最有效率地放射圆偏振波的微波的是X字状的开口,可认为此时吸出效果最强。
[0110]在考察的最后,叙述缝隙的数量、电磁场的电荷量以及吸出效果之间的关系。图13记载了 3种开口(I字状、X字状、圆形)和开口的上方的电荷量的状况。开口形状包含由I条缝隙构成且放射线偏振波的I字状的开口 127、由正交的两条缝隙构成且放射圆偏振波的X字状的开口 128、以及内部包含正交的多条缝隙且放射圆偏振波的圆形的开口 129。I字状的开口 127的电荷较少,X字状的开口 128的电荷最多,圆形的开口 129的电荷不少却由于存在放射而互相抵消,电荷量本身较少。亦即,可认为开口形状导致电荷量不同。而且,如果食品接近开口的附近,则以好像周围的介电常数增加的方式产生作用,产生波长压缩。由此,以开口长度伸长的方式产生作用,相对于开口长度的灵敏度较高的X字状的开口 128的放射量一下子增加,可认为从波导管126内的吸出效果变得极高。返回图6,在I个由I条缝隙构成的线偏振波(I字状)与两个由2条缝隙构成的圆偏振波(X字状)之中,能够使无负载时的放射量变为相同的长度不存在较大差异(45.5mm与46.5mm仅存在Imm差)。因此,X字状开口的面积约为4倍,然而放射量却相同。基于这一点,也能够推断出X字状的开口 128的无法放射的电荷量不多。
[0111]图14基于以上的内容,将相对于缝隙的数量的电荷量或吸出效果示意表现为图表。缝隙的数量为I时吸出效果较弱,而缝隙的数量为2时吸出效果会倍增,将这个数量作为最大值,此后每当增加缝隙时吸出效果都会逐渐减弱。
[0112]图15表示本实施方式I的吸出效果的实用例。图15A、图15B都是将食品130、131配置于图中左侧的情况,然而它们与耦合轴107之间的距离不同。图15A的食品130被配置于接近親合轴107的位置处,而图15B的食品131被配置于远离親合轴107的位置处。无论何种情况,在波导管构造天线105中,都以使得前端开放部113朝向左侧的方式,通过控制部117控制旋转驱动部115。其中,在图15A中,食品130接近微波吸出开口 114,因此产生吸出效果。即,从耦合轴107起朝向前端开放部113的微波132中的大部分作为朝向食品130的微波133而被吸出,通过直达波对食品130进行局部加热。另一方面,在图15B中,食品131距离微波吸出开口 114较远,因此不会产生吸出效果。S卩,从耦合轴107起朝向前端开放部113的微波132中的大部分会作为从前端开放部113朝向食品131的微波134而被放射,通过直达波对食品131进行局部加热。这样,微波吸出开口 114能够具有如下的控制性,即仅在将食品放置于微波吸出开口 114附近时微波的放射量较多,而在将食品放置于远处时微波的放射量较少。
[0113]以上,说明了吸出效果,然而这是针对通过开口吸出在波导管内传输的微波的一部分的吸出效果而描述的,示出了设置于波导管的壁面的圆偏振波开口、尤其是X字状的开口的吸出
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