(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波を吸収して発熱する耐火耐熱部材からなるハニカム構造体の基体と、使用する高周波帯において高比誘電率を有する部材をハニカム構造体の前記基体に充填した構成からなる高周波発熱体。
【請求項２】
前記高比誘電率を有する部材を前記ハニカム構造体の貫通孔に互い違いに充填した構成からなる請求項１記載の高周波発熱体。
【請求項３】
高比誘電率を有する部材をハニカム構造体の一端側に片寄って充填した請求項１記載の高周波発熱体。
【請求項４】
通気性を有する構造体とした請求項１ないし３のいずれか１項に記載の高周波発熱体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は食品の加熱・調理、衣類の乾燥などを実現する高周波利用装置、あるいは空間に存在する不要輻射を吸収する装置および不要輻射量を検知するセンサなどに適用される高周波発熱体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高周波を吸収して発熱するこの種の部材は、たとえば、オーブン電子レンジなどの高周波加熱装置におけるヒータの代替への適用や前記高周波加熱装置の加熱室に設け加熱室内の電界強度を検出するデバイスの適用などが検討されている。
【０００３】
オーブン電子レンジへの適用に関しては、電気ヒータ代替に対して、高周波発熱体に求められる性能は、温度の立ち上がりがよく、到達温度が高いことが必要条件としてあげられる。
【０００４】
これに対する先行技術の一つとして、特開平６−２２３９６０号公報がある。同公報には、ハニカム構造のセラミック製耐火物からなる基体に酸化イリジウム、酸化ルテニウムおよび酸化ロジウムのうちの１種以上を担持させた高周波発熱体が開示されている。なお、基体の材料については、炭化珪素や磁器半導体などに対して加工性をよいコージィエライト質が好ましいと開示している。
【０００５】
一方、加熱室内の電界強度を測定するものとして、たとえば特開平６−１８５７４０号公報がある。この公報によれば、加熱室内の所定位置に配置した高周波吸収発熱体が、この発熱体に印加される高周波電界強度に応じて発熱し昇温する。この発熱体の温度変化を検出して被加熱物の加熱状態を判断し高周波発生源の動作を制御することを開示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ヒータ代替用の従来の高周波発熱体は、発熱体として到達温度が高くかつ立ち上がりの昇温特性がよいことを主眼として発熱体を構成する材料組成を主体に開示している。しかし、例えば高周波加熱装置の一つであるオーブン電子レンジに適用する場合、発熱体とある程度の間隔で離れた位置に存在する調理対象の食材を実用的に加熱調理するには、食材に所定の熱量を連続的に加える必要があるとともに食材の表面に焦げ目をつけるには表面温度を１７０℃以上に所定時間連続的に保持させる必要がある。所定の熱量を発生させるために発熱体に高周波を連続的に供給すると連続的な温度上昇により発熱体が融解する課題がある。従って、適当な周期にて高周波の供給を断続させる必要があるが、立ち上がりがよい性能を有する発熱体は熱容量が小さいため高周波の供給を停止すると急激に温度が低下するという課題を有していた。
【０００７】
また、食材の大きさと比肩できる形状（例えば２００ｍｍ角）とすると、発熱体表面に高周波の加熱分布を生じるため、昇温特性が低下する課題を有していた。
【０００８】
さらには、高周波の電界強度に応じて発熱する部材へ適用される従来の高周波発熱体は、被加熱物である食品に吸収されず加熱室内に反射された高周波を吸収して発熱するものである。食品から反射された高周波は加熱室を形成する壁面で反射を繰り返し徐々に食品に吸収される。この場合、食品を含む加熱室内において、吸収と反射を繰り返す高周波は加熱室内に特定の高周波分布を形成する。この高周波分布は被加熱物の種類、量および形状によって変化することから、限定された複数の発熱体を配置したとしても被加熱物の加熱調理状態に対応した発熱特性を発熱体に呈させることは発熱体の構成に改良を加えない限りかなり困難であるという課題を有していた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、高周波を吸収して発熱する耐火耐熱部材からなるハニカム構造体の基体と、使用する高周波体において高比誘電率を有する部材をハニカム構造体の前記基体に充填した構成からなる高周波発熱体としている。
【００１０】
本発明によれば、高比誘電率の部材により、高周波発熱体に伝搬してきた高周波が高周波発熱体の構造内を伝搬する時にその伝搬速度を遅くすることができる。一方、構造体内の高周波を吸収し発熱する部材は、遅い伝搬速度の高周波を十分に吸収するので発熱が促進される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、高周波を吸収して発熱する耐火耐熱部材からなるハニカム構造体の基体と、使用する高周波帯において高比誘電率を有する部材をハニカム構造体の前記基体に充填した構成からなる高周波発熱体としている。これにより、高比誘電率の部材は、高周波発熱体に伝搬してきた高周波が高周波発熱体の構造内を伝搬する時にその伝搬速度を遅くする。一方、構造体内の高周波を吸収して発熱する部材は、遅い伝搬速度の高周波から高周波エネルギを十分に吸収して発熱が促進される。
【００１２】
また、高比誘電率の部材を付加させる構造体としたことにより、同一基体に対して、比誘電率を変えることで所望の使用する高周波に対応した高周波発熱体を構成することができる。
【００１３】
また、高比誘電率の部材を高周波発熱体全域に分散配置させ、高周波からみた時の発熱体の実効比誘電率の均等化を図ることができる。これにより、あらゆる方向から伝搬してくる高周波に対してその伝搬速度を高周波発熱体内で低下させることができる。
【００１４】
また、高比誘電率を有する部材をハニカム構造体の一端側に片寄って充填した構成としている。これにより、高周波を吸収する部材において実際的に高周波を吸収する領域を限定させ、熱容量を小さくして昇温特性を良好にさせることができる。
【００１５】
また、高周波発熱体を通気性を有する構造体としている。これにより、高周波発熱体が発熱した熱量を離れた位置にある被加熱物に伝達させることができる。また、高周波発熱体をセンサとして使用する場合、高周波発熱体を通気により冷却して初期状態にリセットすることができる。
【００１６】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１７】
本発明の高周波発熱体に用いられる高周波を吸収して発熱する部材としては、従来より周知の様々な材料が用いられる。たとえば、フェライト、ペロブスカイト構造の組成を主成分とする磁器半導体、炭化珪素、カーボンブラック、木炭などの粉末あるいは焼結物であり、粉末の粒径あるいは焼結物の気孔率は特に限定されないが、好ましくは、発熱部材が絶縁体として作用するようにし、焼成に対しては助結材を選択する。
【００１８】
高比誘電率の部材の比誘電率は、使用する高周波帯により適宜選択する。たとえば使用する高周波帯を電子レンジに用いられる２４５０ＭＨｚ帯とした時には、その空間伝搬波長は約１２ｃｍであり、高比誘電率部材中を伝搬する時の実効伝搬波長がその比誘電率の平方根の逆数に比例することを考慮すると実用的な構造寸法が得られる比誘電率の値として１０以上、２００以下の材料が好ましい。
【００１９】
この周波数帯で使用する高比誘電率の部材としては、たとえば、酸化チタン、ペロブスカイト構造の組成を主成分とする誘電体、助結材に酸化ベリウムを用いた炭化珪素があげられる。
【００２０】
また、より高い周波数帯に対しては、比誘電率の値として上記の値と同等あるいは低い値の部材、たとえばアルミナ、窒化アルミ、ムライト、コージェライトなどが選択される。さらに、より低い周波数帯に対しては、比誘電率が２００以上の部材、たとえばペロブスカイト構造の組成を主成分とする誘電体（ＳｒＴｉＯ３↓，ＰｂＴｉＯ３↓，ＰｂＺｒＯ３↓，Ｐｂ（Ｚｒ１↓−↓ｘ↓Ｔｉｘ↓）Ｏ３↓など）を選択することで高周波発熱体の構造をコンパクトに構成することができる。
【００２１】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の高周波発熱体の構成図である。
【００２２】
図において、高周波発熱体１０は、前述した高周波を吸収し発熱する耐火耐熱部材を用いたハニカム構造からなる基体１１と、ハニカム構造の貫通孔１２群の一端から他端に亘って前述した高比誘電率の部材１３群をハニカム構造において互い違いに貫通孔１２群に充填した構成としている。
【００２３】
ハニカム構造からなる基体１１は、使用する高周波帯に対応して様々な構造を使用できるが、貫通孔の構造としては四角形が生産加工上便利である。また構造体はその機械的強度の保持に対して、たとえば貫通孔１２群の密度は、５０〜２００セル／平方インチ、ハニカムの壁厚さは０．１〜１ｍｍが望ましい。さらには、ハニカムの壁部の気孔率は、上限として６０％程度まで選択できる。
高比誘電率の充填部材１３群が焼結物の場合、無機結合材を用いて基体１１に充填部材１３群を固定する。また、高比誘電率の充填部材１３群として粉末を用いた場合は、充填後、充填部の両端を無機結合材（図示していない）で封止し充填部材１３群を基体１１に収納保持する。
【００２４】
なお、充填粉末を基体１１に収納保持した後、数１００度以上の高温にて高周波発熱体１０本体を熱処理することができる。この方法によれば、たとえば充填部材１３群として酸化チタンの粉末を利用した場合、高温処理によりルチル型酸化チタンへの相転移を確実に図り高比誘電率の充填部材とすることができる。
【００２５】
次に動作、作用について説明する。
【００２６】
電子レンジに使用されている２４５０ＭＨｚ帯を使用する高周波帯として以下に説明する。
【００２７】
ハニカム構造が貫通孔密度２００セル／平方インチ、壁厚さ０．４ｍｍ、耐火耐熱部材１１を炭化珪素とし、充填部材１３群を酸化チタンとした場合、２４５０ＭＨｚ帯における約１２ｃｍの自由空間伝搬波長を持つ高周波は高周波発熱体１０の個々の貫通孔１２群の配列を見分けることができずマクロ的に高周波発熱体１０を認識する。この周波数における高周波発熱体の実効比誘電率を測定すると値は、約１２であった。従って、２４５０ＭＨｚ帯における高周波発熱体内の高周波伝搬波長は約３５．３ｍｍである。
【００２８】
貫通孔方向の高周波発熱体１０の厚さとして３０ｍｍを使用する場合、貫通孔方向より伝搬してきた高周波は高周波発熱体１０の内部に約０．８５波長分の高周波を存在させることができ、見かけ上の伝搬速度が遅くなる。基体１１は、この伝搬速度が遅い高周波から高周波エネルギを吸収し発熱が促進される。
【００２９】
また、充填部材１２群は耐火耐熱部材であり基体１１にとっては、熱負荷として作用するので、充填部材１２群の存在により、熱容量を大きくさせることができる。
【００３０】
上記高周波発熱体を３０ｍｍ角とし高周波エネルギとして４００Ｗを供給した時、７００℃に到達するのに要した時間は１００秒であった。また、高周波の供給を停止した後の３００℃になるまでの温度下降率は、停止直後に約２０℃の急な下降を呈した後は６７℃／分であった。同一構造体で充填部材を使用しない場合、７００℃には８５秒で到達した。また、高周波供給停止後は、停止直後に約４０℃の急な下降を呈した後、８０℃／分で温度下降した。なお、上記試験において高周波発生部であるマグネトロンを冷却するために通気させた冷却風（１ｍ３↑／分）が高周波発熱体を収納した加熱室の側面に設けた直径４ｍｍ，ピッチ７．５ｍｍにて配列させた開孔より加熱室に流入している。
【００３１】
上記試験によれば、充填部材により高周波発熱体の熱容量が増したことにより立ち上がり性能が幾分低下しているが、ヒータとの対比を考えると実用的には十分な性能である。また、高周波の供給停止直後の温度低下が約１／２に減少している。従って、高周波発熱体の融解を防止するために高周波の供給をたとえば１０秒周期にて断続させた場合の、発熱体の温度低下は約３０℃に抑えることができ、所望の熱量を被加熱物に供給して加熱調理をすることができる。
【００３２】
さらに、実施例１の構造体は通気性を持ち空気を通気させることで、発熱体として作用させた時には、発生した熱を離れた位置にある被加熱物に伝達し、食品のグリル調理あるいは衣類の乾燥用熱流として使用できる。一方、センサとして作用させた場合、繰り返し調理を行う際に高周波発熱体を冷却してセンサ信号を初期状態にリセットさせることができる。
【００３３】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２の高周波発熱体の構成図である。
【００３４】
図において、高周波発熱体１４の図１と相違する構成は高比誘電率の部材１５群をハニカム構造体の基体１１の貫通孔の一端側に片寄らすとともにすべての貫通孔１２群に充填したことである。
【００３５】
次に動作、作用について説明する。基体および高比誘電率の部材は上述したものと同一のものを用いて説明する。
【００３６】
充填側から見た高周波発熱体の実効比誘電率は、約５２であった。従って、充填部材を含む高周波発熱体内での伝搬波長は、約１７．０ｍｍとなり、高周波発熱体の貫通孔方向の厚みを３０ｍｍ、充填部材１５群の貫通孔方向の充填長さを１５ｍｍとした場合、充填部材側に存在させることができる高周波は、０．８８波長分相当となる。一方この充填部材が存在する領域での高周波を吸収し発熱する耐火耐熱部材の重量は実施例１と比べて少ないので、熱容量を小さくできる。この効果により、吸収する高周波エネルギはほぼ同じであるが、発熱をより促進させることができる。
【００３７】
また、このようなハニカム構造とその貫通孔に高比誘電率の部材を充填する高周波発熱体の構造を電界強度検出用のセンサとして利用することができる。この種のセンサとして使用する場合、構造体内を伝搬する高周波をその実効伝搬波長の１／４以上に存在させるには、実施例１の構造と柔術の部材を用いた場合に貫通方向の厚さを９ｍｍ以上に、また実施例２のすべての貫通孔に充填した構成では、４．５ｍｍ以上にすればよい。また、実用上さらに薄くする必要がある場合は、充填部材として、比誘電率がより大きい部材を使用すればよい。構造体中に実効伝搬波長の１／４以上の高周波を存在させることにより、伝搬してきた微弱な高周波からも高周波エネルギを吸収して発熱による温度上昇をさせることができる。
【００３８】
また、以上に示したように高比誘電率の部材を付加させる構造体としたことにより、同一基体に対して、比誘電率を変えることで所望の使用する高周波に対応した高周波発熱体を構成することができる。
【００３９】
（実施例３）
図３は本発明の実施例３の高周波発熱体の構成図である。
【００４０】
図における高周波発熱体１６の基体１７は、高比誘電率の部材からなるハニカム構造から構成している。基体１７の貫通孔１８群は、貫通孔方向の一端が無機材料からなる封止部材１９群にて基体１７と接着結合され、貫通孔の一端を閉止している。２０群は、貫通孔１８群の閉止されていない側から挿入付加した高周波を吸収して発熱する部材であり、使用する部材は前述した部材の中から選択できる。
【００４１】
高周波を吸収して発熱する部材２０群は、基材１７と一体的な構造体とし長期に亘って繰り返し使用できる部材としたり、高周波エネルギを吸収して発熱燃焼し気体になって消滅する部材を使用することもできる。
【００４２】
上述の長期使用する構造においては、貫通孔１８群の他方の端面も封止部材にて閉止させる構成を用いることで、高周波を吸収し発熱する部材として粉末の材料の使用を容易にさせることができる。
【００４３】
この場合、基体１７のハニカム構造により粉末の流動を規制するので高周波発熱体の全域に粉末を所望状態に分散配置できる。
【００４４】
次に作用と効果について説明する。
【００４５】
基体１７は高比誘電率の部材で構成したことにより、ハニカム構造体内を伝搬する高周波の伝搬速度を遅くする。これにより、ハニカム構造体は、高周波エネルギを自由空間に比べて時間的に長く滞在させることができる。この滞在時間はハニカム構造体の実効比誘電率の平方根に比例する。このような構造体中に高周波エネルギを吸収して発熱する部材２０群を付加することにより、高周波エネルギを吸収し発熱する部材は、高周波エネルギを十分に吸収しそれによる発熱を促進できる。
【００４６】
たとえば、カーボンブラックや木炭の粉末は高周波損失が大きいので、数１００Ｗ以上の大きな高周波エネルギを供給させることで、短時間に赤熱する。
【００４７】
このような現象を利用すれば、たとえば炭火焼きの調理が可能である。
【００４８】
また、供給される高周波エネルギが空間を伝搬する不要輻射のように上記と比べて極めて低いエネルギの場合でも、その高周波エネルギを効果的に吸収する。このような現象を利用すれば、不要輻射を吸収する手段、例えば建物の壁材（断熱性も含む）あるいは高周波利用機器の不要輻射防止パーツに利用できる。
【００４９】
このような高周波発熱体の構成によれば、使用する周波数帯において所望の高周波の吸収性能を備えた高周波吸収部材を選択することで、所望の発熱量あるいは吸収量を容易に得ることができる。
【００５０】
なお、上記の実施例の説明においては、使用する周波数帯として電子レンジに使用されている２４５０ＭＨｚ帯を一例として説明したが、他の周波数帯、たとえば移動無線帯、テレビ帯などへの本発明の構造体を適用できる。
【００５１】
また、発熱部材は、オーブン電子レンジへの適用例として数１００℃の高温に発熱するものや炭火焼きの例を説明したが、このような高温になるものに限定するものではなく、伝搬してきた高周波を効率よく吸収する部材であればよい。
【００５２】
【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。
【００５３】
（１）高比誘電率の部材は、高周波発熱体内を伝搬する高周波の伝搬損度を遅くする。この高比誘電率の部材の周辺に存在する高周波を吸収して発熱する部材は、この遅い伝搬速度の高周波から高周波エネルギを十分に吸収して発熱を促進できる。
【００５４】
（２）耐火耐熱部材の基体に高比誘電率の部材を付加する構成としたことにより、同一基体に対して比誘電率を変えることにより所望の使用する高周波に対応した発熱体を構成することができる。
【００５５】
（３）ハニカム構造の基体に高比誘電率の部材を充填する構成により、高比誘電率の部材を高周波発熱体の全体に分散配置させ、高周波からみた時の発熱体の実効比誘電率の均等化をはかることができる。この結果、あらゆる方向から伝搬してくる講習はに対してその伝搬速度を高周波発熱体内で遅くすることができ、高周波エネルギの吸収促進および発熱促進を図ることができる。
【００５６】
（４）高比誘電率を有する部材をハニカム構造体の一端側に片寄って充填した構成により、高周波を吸収する部材において実際的に高周波を吸収する領域を限定させ、熱容量を小さくして昇温特性を良好にさせることができる。
【００５７】
（５）高周波発熱体を通気性を有する構造体としたことにより、高周波発熱体が発熱した熱量を離れた位置にある被加熱物に伝達させることができる。また、高周波発熱体をセンサとして使用する場合、高周波発熱体を通気により冷却して初期状態にリセットすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１の高周波発熱体の構成図
【図２】  本発明の実施例２の高周波発熱体の構成図
【図３】  本発明の実施例３の高周波発熱体の構成図
【符号の説明】
１０、１４、１６  高周波発熱体
１１  耐火耐熱部材からなるハニカム構造の基体
１３、１５  高比誘電率の部材
１７  高比誘電率の部材からなるハニカム構造の基体
２０  高周波を吸収し発熱する部材
【図１】
0003700326.tif 000002
【図２】
0003700326.tif 000003
【図３】
0003700326.tif 000004