(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室内に高周波を発生するマグネトロンと、前記加熱室の底面に設けた略楕円形の絞り部と、アンテナを有し前記絞り部の略中央部に設けた励振部と、前記マグネトロンが発生する高周波を前記励振部へ導く導波管と、前記アンテナに接続され前記絞り部内に設けた電波放射手段と、前記電波放射手段を回転駆動するモータと、前記被加熱物の位置を検出するための赤外線センサと、前記モータを動作させ前記電波放射手段の回転角度を制御する制御手段を備え、前記電波放射手段は扇型であって根元と両側に高周波伝搬を抑制する折り曲げ部を設け前記扇型のひろがり部の方向に指向性を有する高周波を伝搬させ、前記制御手段は、前記電波放射手段を連続動作させることにより前記加熱室内の高周波分布を平均化させ、前記電波放射手段の回転を前記赤外線センサにより検出した前記被加熱物の位置に停止させることにより前記被加熱物を選択して加熱させ、前記絞り部の略楕円形の長軸方向と短軸方向の異なる電波放射特性を利用することで前記複数の異なる被加熱物の同時加熱における加熱の均一化を図ることができる高周波加熱装置。
【請求項２】
絞り部は、その周縁部の絞り傾斜角を略４５度とした請求項１記載の高周波加熱装置。
【請求項３】
絞り部の開口部には電波透過材料からなる封口手段を備える構成とした請求項１記載の高周波加熱装置。
【請求項４】
絞り部は、加熱室底面の中央から偏心させた位置、または複数の絞り部を併設に配設した構成の請求項１記載の高周波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波エネルギを用いて被加熱物を誘電加熱する高周波加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高周波加熱装置は、被加熱物を均一に加熱することを主眼とした要素技術として、被加熱物を回転させるターンテーブル機構、加熱室内の高周波を攪拌するスターラー機構あるいは特開平１１−１６７９８６号公報に記載されているように高周波が給電される平板状アンテナを回転させる機構、さらには特公平１−４８６２９号公報に記載されているように給電される高周波と結合させた導波管を回転させる機構などがある。
【０００３】
一方、近年は生活スタイルの変化にともない、調理の合理化に対してできあいのお惣菜や冷凍保存食を積極的に利用したり、家族がそれぞれ個別に食事をとる個食化の傾向が進んでいる。このような生活スタイルの変化に対して複数の食材を同時に加熱することが望まれているが、従来の均一加熱を主眼とした加熱方法では複数の食材にほぼ同じ割合の加熱エネルギが供給されるために食材の量が異なると量の多い方は温度上昇が緩く加熱不足になり、同じ食材で同じ量であっても初期の食材温度が異なると低い温度の食材は加熱不足になり、複数の食材を同時に仕上げることが困難であった。
【０００４】
この課題に対し、赤外線センサを用いて複数の食材の温度を個別に検出する方法と被加熱物を収納する加熱室内に生じさせた高周波分布の強弱を積極的に利用して異なる温度の食材あるいは異なる複数の食材を同時に加熱して仕上げる装置が提供されてきた。
【０００５】
これらの高周波加熱装置は、被加熱物を載置するターンテーブルと、被加熱物の重量を検知する重量センサや被加熱物の表面温度を検知する赤外線センサを備えている。そして、異なる温度の被加熱物を同時に加熱して同じ温度に仕上げる場合、まず特定の視野位置を備えた赤外線センサに対してターンテーブルを回転させることでターンテーブル上全域の温度分布を検出する。そして高温あるいは低温の被加熱物の載置位置を検出し、低温側の被加熱物を高周波の強い位置に回転移動しその位置でターンテーブルを停止して低温側の被加熱物を積極的に加熱したり、高温側の被加熱物が高周波の強い位置に移動した時に高周波出力を低下させて加熱しすぎを防止する方法を採用している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の被加熱物を同時加熱する従来の装置はターンテーブル機構を用いた構成であり、対象となる被加熱物を回転移動させて高周波加熱制御が行われるため、ターンテーブル回転中に個々の被加熱物の高周波による加熱状態を最適に制御することが難しい課題があった。また、個々の被加熱物に生じる高周波加熱がターンテーブルの回転速度に依存するため、量が少ない被加熱物の場合は加熱時間が短いので同時仕上げの作用を十分に活用できる時間がない。また、量が大きく異なる複数の被加熱物の同時加熱に対しては、量の少ない被加熱物が加熱されすぎるという課題を有していた。
【０００７】
また、加熱しすぎを防止するために高周波出力を低下させる方法は総加熱時間が長くなり、短時間で被加熱物を加熱できるという高周波加熱のメリットが生かせない。また、上記観点から出力を完全に停止しない場合は、高温になった被加熱物はさらに加熱されてしまう課題を有していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、被加熱物を移動させることなく加熱室内の高周波分布を可変制御して、単品はもとより複数の被加熱物の同時仕上げを実現させうる高周波加熱装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の高周波加熱装置は、複数の被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室内に高周波を発生するマグネトロンと、前記加熱室の底面に設けた略楕円形の絞り部と、アンテナを有し前記絞り部の略中央部に設けた励振部と、前記マグネトロンが発生する高周波を前記励振部へ導く導波管と、前記アンテナに接続され前記絞り部内に設けた電波放射手段と、前記電波放射手段を回転駆動するモータと、前記被加熱物の位置を検出するための赤外線センサと、前記モータを動作させ前記電波放射手段の回転角度を制御する制御手段を備え、前記電波放射手段は扇型であって根元と両側に高周波伝搬を抑制する折り曲げ部を設け前記扇型のひろがり部の方向に指向性を有する高周波を伝搬させ、前記制御手段は、前記電波放射手段を連続動作させることにより前記加熱室内の高周波分布を平均化させ、前記電波放射手段の回転を前記赤外線センサにより検出した前記被加熱物の位置に停止させることにより前記被加熱物を選択して加熱させ、前記絞り部の略楕円形の長軸方向と短軸方向の異なる電波放射特性を利用することで前記複数の異なる被加熱物の同時加熱における加熱の均一化を図ることができるものである。
【００１０】
そして、電波放射手段の指向性を利用して電波放射手段の回転動作を制御することにより加熱室内全体の高周波分布の強弱を平均化させたり特定の領域の高周波を強くする。これにより、加熱室内に収納した被加熱物に対して被加熱物を移動させることなく、単品の被加熱物はもとより複数の被加熱物の同時加熱に対しては、たとえば量の多い被加熱物側に量の少ない被加熱物に対するよりも時間的に長く電波を放射させることで複数の被加熱物を移動させることなくかつ加熱むらを抑制しながら同時に仕上げることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、複数の被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室内に高周波を発生するマグネトロンと、前記加熱室の底面に設けた略楕円形の絞り部と、アンテナを有し前記絞り部の略中央部に設けた励振部と、前記マグネトロンが発生する高周波を前記励振部へ導く導波管と、前記アンテナに接続され前記絞り部内に設けた電波放射手段と、前記電波放射手段を回転駆動するモータと、前記被加熱物の位置を検出するための赤外線センサと、前記モータを動作させ前記電波放射手段の回転角度を制御する制御手段を備え、前記電波放射手段は扇型であって根元と両側に高周波伝搬を抑制する折り曲げ部を設け前記扇型のひろがり部の方向に指向性を有する高周波を伝搬させ、前記制御手段は、前記電波放射手段を連続動作させることにより前記加熱室内の高周波分布を平均化させ、前記電波放射手段の回転を前記赤外線センサにより検出した前記被加熱物の位置に停止させることにより前記被加熱物を選択して加熱させ、前記絞り部の略楕円形の長軸方向と短軸方向の異なる電波放射特性を利用することで前記複数の異なる被加熱物の同時加熱における加熱の均一化を図ることができるものである。これにより、加熱室内に収納した被加熱物に対して被加熱物を移動させることなく、単品の被加熱物はもとより複数の被加熱物の同時加熱に対しては、たとえば量の多い被加熱物側に量の少ない被加熱物に対するよりも時間的に長く電波を放射させることで複数の被加熱物を移動させることなくかつ加熱むらを抑制しながら同時に仕上げることができる。
【００１２】
さらに、電波放射手段による加熱室内の高周波分布の可変速度はごく短時間で実行できるので、高周波加熱に伴って変化する被加熱物の温度分布に応じてすばやくかつきめ細やかな加熱分布可変制御を行なうことができ、少量の被加熱物同士や量が大きく異なる複数の被加熱物の同時加熱に対してもそれぞれの被加熱物を同時に加熱仕上げすることができる。また、被加熱物を高速に適温加熱でき供給した高周波エネルギを有効に使用した省エネ機器を提供できる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、特に、請求項１記載の絞り部が、その周縁部の絞り傾斜角を略４５度としたものであり、電波放射手段から放射された高周波を被加熱物の収納された空間に澱みなく伝搬させることができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、特に、請求項１記載の絞り部の開口部には電波透過材料からなる封口手段を備えたものであり、加熱室底面を略平坦にして掃除のし易い構成の装置を提供できる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、特に、請求項１記載の絞り部を加熱室底面の中央から偏心させた位置、または複数の絞り部を併設に配設したものである。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１を示す高周波加熱装置の断面図、図２は図１の上断面図である。
【００１８】
図１、図２において、加熱室１０は金属材料から構成された金属境界部である右側壁面１１、左側壁面１２、奥壁面１３、上壁面１４、底壁面１５及び被加熱物を加熱室１０内に出し入れする開閉壁面である開閉扉１６により略直方体形状に構成され、給電された高周波をその内部に実質的に閉じ込めるように形成している。底壁面１５には断面が略円形の絞り部１７を設け、絞り部１７の略中央部には加熱室１０内に給電する高周波の励振部１８を設けている。また、１９は加熱室１０に給電する高周波を発生する高周波発生手段であるマグネトロン、２０はマグネトロン１９が発生した高周波を励振部１８に導く導波管である。励振部１８には導波管２０内に延在し導波管２０を伝送してきた高周波と結合するアンテナ２１を設け、このアンテナ２１の一端は導波管タイプの指向性を有する電波放射手段２２と接続している。またアンテナ２１の他端は電波放射手段２２を回転駆動させる駆動手段であるモータ２３の出力軸を挿入組立てしている。
【００１９】
電波放射手段２２は扇型形状とし、扇型形状の根元に当たる側と両サイドには折り曲げ部を設けその方向への高周波の伝搬を抑制し扇型のひろがり部分の方向に高周波を伝送させる構成としている。この電波放射手段２２はモータ２３を駆動させることで扇型の上面が絞り部１７の底面に略平行に回転駆動する。
【００２０】
また、絞り部１７はその周縁部の絞り傾斜角を略４５度にて形成し電波放射手段２２から放射される高周波を澱みなく上方の加熱室１０内に伝搬させている。また、絞り部１７の開口部には電波透過材料、たとえばガラス系やセラミックス系の材料からなる封口手段２４を設けている。またモータ２３の出力軸の回転位置を識別する位置識別手段２５を設けている。
【００２１】
２６は被加熱物を載置する着脱自在な載置皿であり、セラミックス材料で構成している。この載置皿２６は加熱室１０の底壁面１５に対して所望の隙間間隔を持たせて加熱室１０内に装着する構成とし加熱室１０の右側壁面１１と左側壁面１２に設けた棚にて支持している。
【００２２】
また、２７は温度検出手段である赤外線センサであり、加熱室の右側壁面１１の上方に設けた凹部２８の孔２９を介して載置皿２６の表面あるいは載置皿２６を用いない場合は加熱室の底面の表面を温度検出領域としている。赤外線センサ２７は、載置皿２６の全域を温度検出領域とするためのセンサ部駆動手段（図示していない）を備えている。なお、この赤外線センサ２７は複数の検出素子（例えば４素子、８素子）で構成し加熱室１０の前後方向に首振りして載置皿２６の全域を温度検出領域とする構成が望ましいが、単素子構成として左右方向とそれに対する垂直方向の２軸可動とした構成にしても構わない。
【００２３】
３０はマグネトロン１９を駆動するインバータ駆動電源部、３１は装置全体の動作を制御する制御手段である。赤外線センサ２７が検出した信号は制御手段３１に入力させている。制御手段３１は、操作部３２から入力された加熱情報、赤外線センサ２７および位置識別手段２５からの信号に基いて、インバータ駆動電源部３０の動作および電波放射手段２２を回転駆動するモータ２３の動作を制御して加熱室１０内に収納された被加熱物を誘電加熱する。
【００２４】
次に以上の構成からなる本発明の高周波加熱装置の動作と作用について説明する。図３は指向性を有する電波放射手段２２の性能を示すものであり、被加熱物として水２００ｃｃを入れたマグカップを２個用いた。図において、Ａは載置皿２６の中央の左右方向にマグカップ２個をくっつけて置いた場合、Ｂは載置皿２６を左右方向に２等分しそれぞれの中央にマグカップを置いた場合、Ｃは載置皿の左右方向の端にそれぞれマグカップを置いた場合を示す。そして、電波放射手段２２の扇型形状のひろがり方向を右側に向けた状態で固定してマグカッブ２個を高周波加熱した時に右側のマグカップに給電された高周波エネルギ量の全給電エネルギに対する比率を求めた。図の横軸はこの右側の被加熱物の高周波エネルギ量の比率を示す。
【００２５】
また図中の破線３３は絞り部１７を持たない平坦な壁面に電波放射手段２２を配設した時の特性、一方実線３４は本発明の絞り部１７を設けてその内に電波放射手段２２を配設した場合の特性を示す。
【００２６】
同図より、絞り部１７を設けることで指向性を十分に大きくすることが認められた。絞り部１７が略円形の場合、３６０度のすべての角度に対してこの指向性の高い高周波を伝送させることができる。そして、この高い指向性を利用して加熱室１０内に載置されたそれぞれの被加熱物に向けて電波放射手段２２の回転角度を規定制御することでそれらの被加熱物に集中的に高周波を供給できる。その結果、被加熱物を移動させることなく被加熱物の加熱状態にすばやく対応させた高周波分布可変制御によって被加熱物の加熱の均一化あるいは被加熱物の特定領域を選択的に加熱することができる。また、複数の異なる被加熱物の同時加熱に対しても赤外線センサ２７の検出信号を活用することでそれぞれの被加熱物を適温に仕上げることができる。また、被加熱物の下方直下から電波を供給する構成であり、高周波エネルギを効率よく被加熱物に供給できる効果がある。
【００２７】
なお、本発明の実施例で用いた加熱室の形状は幅３６７ｍｍ、奥行３２０ｍｍ（開閉扉含まず）、高さ２３５ｍｍであり、絞り部開口部の直径は２０５ｍｍ、絞り深さ２０ｍｍである。また、電波放射手段２２の形状は、回転中心から扇型形状の根元までの距離は２７．５ｍｍ、その幅が８０ｍｍ、扇型形状のひろがり部の回転中心からの半径は８５ｍｍ、ひろがり角度は４０度、折り曲げ部の折り曲げ寸法は１０ｍｍとした。また、折り曲げ部と絞り部底面との隙間寸法は５ｍｍである。
【００２８】
次に上記構成からなる高周波加熱装置を用いた調理加熱試験を行い次の結果を得た。なお電波放射手段２２は連続回転制御（毎分３５回転）とした。載置皿２６の中央に置いた牛乳２００ｃｃのあたため加熱の場合、上下温度差８℃、ミックス温度６４℃であった。また、市販の冷凍シューマイのあたため加熱の場合、最高温度９２℃、最低温度７９℃であった。
【００２９】
以上より、指向性を有する電波放射手段２２を連続動作させることで加熱室１０全体の高周波分布を時間的に平均化することで被加熱物を効果的に全体加熱できるとともに指向性を利用して回転を所定位置に停止することで領域選択加熱することができる。
【００３０】
（実施例２）
次に図４を用いて本発明の実施例２の説明をする。実施例２が実施例１と相違する構成は、加熱室１０の底壁面１５に設けた絞り部３５の断面の形状を略楕円形状とした点である。なお、実施例１と同一部材または同一相当部材は同一番号を付与している。
【００３１】
図４において、絞り部３５は長軸寸法が２５０ｍｍ、短軸寸法を２００ｍｍとし、その略中央に励振部１８を配し励振部１８と電波的に結合した導波管タイプの指向性を有する電波放射手段２２を配置させている。その他の構成は実施例１相当である。なお、図４は封口手段２４は図示していない。
【００３２】
このように絞り部３５の形状を略楕円形状としたことにより、電波放射手段の放射特性は回転位置に対して異なることを利用し、たとえば電波放射手段２２の扇型のひろがり部が略楕円形の長軸方向および短軸方向に向いた状態における電波放射特性を利用して複数の異なる被加熱物の同時加熱における加熱の均一化を図ることができる。
【００３３】
なお、被加熱物を載置する載置皿２２は、必ずしも使用する必要はないが、一度にたくさんの被加熱物を同時加熱する場合に事前に載置皿２２に載せてから加熱室１０に収納でき、仕上り後は載置皿２２ごと取出して給仕することができる利便性を提供できる。
【００３４】
また、絞り部１７、３５の開口部を封口手段２４で覆うことにより載置皿２２を取除いた後の加熱室１０の底壁面がほぼフラットな状態で構成できるので被加熱物の収納時や加熱室１０内を掃除する際の利便性を有する装置を提供できる。
【００３５】
また、絞り部１７、３５は加熱室１０の底壁面１５の中央部に配設することに限定するものではなく、中央から偏心させた位置に設けても構わないし、さらには複数の小さな絞り部を併設配設しても構わない。
【００３６】
【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。
【００３７】
請求項１記載の発明によれば、絞り部とその内部に設けた指向性を有する電波放射手段により、指向性を高くでき、この高い指向性を利用し電波放射手段の回転動作を制御することにより加熱室内全体の高周波分布の強弱を平均化させたり特定の領域の高周波を強くできる。これにより、加熱室内に収納した被加熱物に対して被加熱物を移動させることなく、単品の被加熱物はもとより複数の被加熱物の同時加熱に対しては、たとえば量の多い被加熱物側に量の少ない被加熱物に対するよりも時間的に長く電波を放射させることで複数の被加熱物を移動させることなくかつ加熱むらをすばやく抑制しながら同時に仕上げることができる。
【００３８】
さらに、電波放射手段による加熱室内の高周波分布の可変速度はごく短時間で実行できるので、高周波加熱に伴って変化する被加熱物の温度分布に応じてすばやくかつきめ細やかな加熱分布可変制御を行なうことができ、少量の被加熱物同士や量が大きく異なる複数の被加熱物の同時加熱に対してもそれぞれの被加熱物を同時に加熱仕上げすることができる。また、被加熱物を高速に適温加熱でき供給した高周波エネルギを有効に使用した省エネ機器を提供できる。
【００３９】
また、請求項２記載の発明によれば、絞り部内で電波放射手段を励振部と電波的に結合させた構成により、可動可能な構成にした電波放射手段の指向性を利用して電波放射手段の回転動作を制御することにより加熱室内全体の高周波分布の強弱を平均化させたり特定の領域の高周波を強くする。これにより、加熱室内に収納した被加熱物に対して被加熱物を移動させることなく、加熱の均一化ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の高周波加熱装置の正面断面図
【図２】同高周波加熱装置の上断面図
【図３】同高周波加熱装置の加熱特性を示す図
【図４】本発明の実施例２の高周波加熱装置の上断面図
【符号の説明】
１０  加熱室
１７、３５  絞り部
１８  励振部
２２  電波放射手段
２３  モータ（駆動手段）
２４  封口手段
２５  位置識別手段
２６  載置皿
３１  制御手段
【図１】
0003558041.tif 000002
【図２】
0003558041.tif 000003
【図３】
0003558041.tif 000004
【図４】
0003558041.tif 000005