(57)【要約】【課題】単一の分布で加熱するときのような局所加熱を抑制して、被加熱物の加熱均一化を図って出来映えを向上したマイクロ波加熱装置を提供すること。【解決手段】蒸気供給部１５からの水蒸気Ｓやミスト供給部４７からのミストＦなど、少なくとも二種類の水粒子を制御部５１によって加熱途中に加熱室１１内に供給することにより、誘電率分布をいろいろな状態に変化させることとなる。よって加熱室１１内のマイクロ波分布をいろいろな状態に変化させることとなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波放射手段と、前記マイクロ波放射手段から放射されたマイクロ波が伝播可能なマイクロ波空間と、前記マイクロ波空間の少なくとも一部に設けられて被加熱物を収納できる加熱室と、前記マイクロ波空間に少なくとも二種類の水粒子を供給して前記マイクロ波空間内の誘電率分布状態を変更できる誘電率変更手段と、前記誘電率変更手段を制御する制御手段とを有し、前記制御手段が前記誘電率変更手段を制御して前記マイクロ波空間の誘電率分布状態を変更することによりマイクロ波分布を変化させることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項２】
二種類の水粒子は、温度が異なることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項３】
第一の水粒子は水を加熱して発生する水蒸気からなり、第二の水粒子はミストからなることを特徴とする請求項２記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項４】
二種類の水粒子は、密度が異なることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項５】
二種類の水粒子は、粒子径が異なることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項６】
二種類の水粒子は、供給される領域が異なることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項７】
二種類の水粒子は、供給される量が異なることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項８】
水粒子を供給せずにマイクロ波加熱する第一の加熱モードと、第一の水粒子のみを供給してマイクロ波加熱する第二の加熱モードと、第二の水粒子のみを供給してマイクロ波加熱する第三の加熱モードを有する請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項９】
第一の水粒子と第二の水粒子を同時に供給してマイクロ波加熱する第四の加熱モードを有する請求項８記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１０】
総加熱時間に対して所定の比率で加熱モードを切り替える構成とした請求項８または９記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１１】
被加熱物の温度分布を検出する温度検出手段を有し、制御手段は、前記温度検出手段により被加熱物が所定の温度差を生じたら水粒子を供給するように誘電率変更手段を制御する請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱物を誘電加熱するマイクロ波加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のマイクロ波加熱装置の代表例である電子レンジでは、マグネトロンから放射されるマイクロ波を加熱室に導波管を通じて伝送して、加熱室内で定在波を形成させ、この定在波の電界成分と被加熱物の誘電損失に応じて被加熱物を発熱させている。被加熱物の単位体積当たりの吸収される電力Ｐ［Ｗ／ｍ３］は、加えられる電界の強さＥ［Ｖ／ｍ］、周波数ｆ［Ｈｚ］、及び被加熱物の比誘電率（誘電率の実数部分）εｒ、誘電正接ｔａｎδにより、下式により表わされる（ここで、εｒ・ｔａｎδが誘電損失に相当する）。
【０００３】
Ｐ＝（５／９）εｒ・ｔａｎδ・ｆ・Ｅ２  ×１０−１０  ［Ｗ／ｍ３］
また、電子レンジは、被加熱物を収納する加熱室の大きさが大概、幅寸法及び奥行き寸法がそれぞれ３０〜４０ｃｍ、高さ寸法が２０ｃｍ前後である。一方使用しているマイクロ波の波長は約１２ｃｍであり、加熱室内で共振して定在波となるので強弱の電界分布が必ず生じ、さらには被加熱物の形状やその物理特性の影響が相乗的に作用して局所的な加熱が発生することがある。特に、冷凍食品の解凍においては、氷が溶けて水になった領域は誘電損失が急激に大きくなり、加熱エネルギーが集中するので、周囲と比較して温度上昇速度が高くなる。つまり、被加熱物の氷の部分の加熱が遅い反面、氷が溶けた部分の加熱が早まるといった状態で、ますます温度差が拡大する傾向がある。よって被加熱物に局所的な加熱現象が顕著に現れ、部分煮えと未解凍とが共存してしまう問題を有していた。
【０００４】
この局所的な加熱を抑制する方法としては、被加熱物を回転させることにより電界分布に対する相対位置を変化させるいわゆるターンテーブルや、マイクロ波を攪拌することにより電界分布を変化させるいわゆるスターラ方式、回転アンテナ方式等を用いる方法がある。しかし、これらの方法を用いても、特に冷凍品を解凍する場合には必ずしも出来映えが良くなるとは限らず、加熱条件によっては温度分布が大きくなり、上述した部分煮え等の不具合が生じることとなる。そのため、現在の電子レンジの解凍処理では、あえてマイクロ波の出力を下げたり、マイクロ波を出さない時間を加熱途中に設ける等により、食品内部の熱伝導による温度の平均化を待つことによって出来映えを向上させている。
【０００５】
一方、マイクロ波加熱装置に水粒子を取り入れることで、水粒子によっても被加熱物を加熱するものがあり、水を霧状にして噴霧する手段を備えたマイクロ波加熱装置がある（例えば、特許文献１参照）。また、貯水部の水をマイクロ波によって加熱沸騰させて、発生する水蒸気を利用して加熱調理するマイクロ波加熱装置がある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平６−２７２８６６号公報
【特許文献２】特開平８−２９６８５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の加熱調理器にあっては、被加熱物に霧や水蒸気を当てることで被加熱物を加湿しながら加熱するものであって、肉まんやしゅうまい等の蒸し物で表面の乾燥を抑えつつあたためる用途では出来映えを良くすることができる。しかし冷凍品の解凍や一般的なあたため（再加熱）の際に、単一のマイクロ波分布で加熱することによって生じる局所的な加熱を抑えることはできなかったので、水粒子を供給するメリットが十分には活かされていなかったという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、マイクロ波加熱特有の局所加熱を抑制して、被加熱物の加熱均一化を図り、冷凍品を解凍する場合や、一般的なあたため（再加熱）の出来映えを向上させることの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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、マイクロ波放射手段と、前記マイクロ波放射手段から放射されたマイクロ波が伝播可能なマイクロ波空間と、前記マイクロ波空間の少なくとも一部に設けられて被加熱物を収納できる加熱室と、前記マイクロ波空間に少なくとも二種類の水粒子を供給して前記マイクロ波空間内の誘電率分布状態を変更できる誘電率変更手段と、前記誘電率変更手段を制御する制御手段とを有し、前記制御手段が前記誘電率変更手段を制御して前記マイクロ波空間の誘電率分布状態を変更することによりマイクロ波分布を変化させることとしたものである。
【０００９】
これによって、マイクロ波空間に少なくとも二種類の水粒子を供給してマイクロ波空間内の誘電率分布状態を変更することにより、マイクロ波空間内のマイクロ波分布を変化させることができ、その結果、マイクロ波空間に含まれる加熱室内のマイクロ波分布を変化させることができる。よって加熱室に収納された被加熱物周辺のマイクロ波の電界分布が変化することになり、単一の分布で加熱するときのような局所加熱を抑制して、被加熱物の加熱均一化を図り、加熱後の出来映えを向上することになる。
【００１０】
また、本発明のマイクロ波加熱装置は、少なくとも二種類の水粒子を供給できるようにして、互いに温度・密度・粒子径・供給される領域・供給される量などの条件が異なるようにすれば、水粒子の無い状態と、いずれかの水粒子のみがある状態と、いくつかの水粒子を混在させた状態など、いろいろな状態を作り出すことができるようにしたものである。これによって、マイクロ波空間内の誘電率分布をいろいろな状態に変化させることができ、マイクロ波空間内のマイクロ波分布、即ちマイクロ波空間に含まれる加熱室内のマイクロ波分布もいろいろな状態に変化させることができ、その結果、被加熱物をより一層均一に加熱することができることとなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のマイクロ波加熱装置によれば、マイクロ波空間に少なくとも二種類の水粒子を供給してマイクロ波空間内の誘電率分布状態を変更することにより、マイクロ波空間内のマイクロ波分布を変化させることができ、その結果、マイクロ波空間に含まれる加熱室内のマイクロ波分布を変化させることができる。よって加熱室に収納された被加熱物周辺のマイクロ波の電界分布が変化することになり、単一の分布で加熱するときのような局所加熱を抑制して、被加熱物の加熱均一化を図り、加熱後の出来映えを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
第１の発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波放射手段と、前記マイクロ波放射手段から放射されたマイクロ波が伝播可能なマイクロ波空間と、前記マイクロ波空間の少なくとも一部に設けられて被加熱物を収納できる加熱室と、前記マイクロ波空間に少なくとも二種類の水粒子を供給して前記マイクロ波空間内の誘電率分布状態を変更できる誘電率変更手段と、前記誘電率変更手段を制御する制御手段とを有し、前記制御手段が前記誘電率変更手段を制御して前記マイクロ波空間の誘電率分布状態を変更することによりマイクロ波分布を変化させることにより、マイクロ波空間に少なくとも二種類の水粒子を供給してマイクロ波空間内の誘電率分布状態を変更することにより、マイクロ波空間内のマイクロ波分布を変化させることとなり、マイクロ波空間に含まれる加熱室内のマイクロ波分布を変化させることができ、よって加熱室に収納された被加熱物周辺のマイクロ波の電界分布が変化することになり、単一の分布で加熱するときのような局所加熱を抑制して、被加熱物の加熱均一化を図り、加熱後の出来映えを向上させることができる。
【００１３】
第２の発明は、特に、第１の発明のマイクロ波加熱装置の二種類の水粒子を温度が異なるとすることにより、水の誘電率は温度特性を有しているので、温度が異なれば水粒子の誘電率が異なることとなり、異なる温度のどの水粒子を供給するかによって結果的にマイクロ波空間内の誘電率分布状態を変更することができる。
【００１４】
第３の発明は、特に、第２の発明のマイクロ波加熱装置の第一の水粒子を水を加熱して発生する水蒸気からなり、第二の水粒子をミストからなるとすることにより、水蒸気はおよそ１００℃程度となり、ミストはほぼ室温程度となるので、それぞれの誘電率を異ならせることができる。
【００１５】
第４の発明は、特に、第１の発明のマイクロ波加熱装置の二種類の水粒子を密度が異なるとすることにより、水粒子の密度が高いほど空間の比誘電率が高くなって水の比誘電率８０に近づき、水粒子の密度が低いほど空間の比誘電率が低くなって空気の比誘電率１に近づくことになり、異なる密度のどの水粒子を供給するかによって結果的にマイクロ波空間内の誘電率分布状態を変更することができる。
【００１６】
第５の発明は、特に、第１の発明のマイクロ波加熱装置の二種類の水粒子を粒子径が異なるとすることにより、水粒子の粒子径が大きいほど空間の比誘電率が高くなって水の比誘電率８０に近づき、水粒子の粒子径が小さいほど空間の比誘電率が低くなって空気の比誘電率１に近づくことになり、異なる粒子径のどの水粒子を供給するかによって結果的にマイクロ波空間内の誘電率分布状態を変更することができる。
【００１７】
第６の発明は、特に、第１の発明のマイクロ波加熱装置の二種類の水粒子を供給される領域が異なるとすることにより、水粒子が供給される領域は比誘電率が高くなるのに対して、水粒子が供給されない領域は比誘電率が空気の比誘電率１のままに維持されることとなり、異なる供給領域のどの水粒子を供給するかによって結果的にマイクロ波空間内の誘電率分布状態を変更することができる。
【００１８】
第７の発明は、特に、第１の発明の二種類の水粒子を供給される量が異なるとすることにより、水粒子の供給量が多いほど空間の比誘電率が高くなって水の比誘電率８０に近づき、水粒子の供給量が少ないほど空間の比誘電率が低くなって空気の比誘電率１に近づくこととなり、異なる供給量のどの水粒子を供給するかによって結果的にマイクロ波空間内の誘電率分布状態を変更することができる。
【００１９】
第８の発明は、特に、第１の発明のマイクロ波加熱装置を水粒子を供給せずにマイクロ波加熱する第一の加熱モードと、第一の水粒子のみを供給してマイクロ波加熱する第二の加熱モードと、第二の水粒子のみを供給してマイクロ波加熱する第三の加熱モードを有する構成とすることにより、加熱モードごとにマイクロ波空間内の誘電率分布状態が異なり、被加熱物周辺のマイクロ波の電界分布も変化することとなり、少なくとも三種類の異なる電界分布で被加熱物を加熱することができる。
【００２０】
第９の発明は、特に、第８の発明のマイクロ波加熱装置を第一の水粒子と第二の水粒子を同時に供給してマイクロ波加熱する第四の加熱モードを有する構成とすることにより、少なくとも四種類の異なる電界分布で被加熱物を加熱することができる。
【００２１】
第１０の発明は、特に、第８または９の発明のマイクロ波加熱装置を、総加熱時間に対して所定の比率で加熱モードを切り替える構成とすることにより、用途に応じて被加熱物の加熱時間が大きく変動することが考えられるが、そのような場合でもいずれかのモードに偏って単一に近い分布で加熱することが無く、それぞれの加熱モードをバランス良く配分することができる。
【００２２】
第１１の発明は、特に、第１の発明のマイクロ波加熱装置を、被加熱物の温度分布を検出する温度検出手段を有し、制御手段は、前記温度検出手段により被加熱物が所定の温度差を生じたら水粒子を供給するように誘電率変更手段を制御する構成とすることにより、被加熱物に所定の温度差が生じた場合に適切なタイミングで分布を変更することができることとなり、局所加熱による加熱ムラを抑制して、被加熱物に応じた最適な出来映えを提供することができる。
【００２３】
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。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の開閉扉を開けた状態を示す正面図、図２はマイクロ波加熱装置の基本動作説明図、図３は蒸気供給部への給水経路を示す説明図、図４はマイクロ波加熱装置を制御するための制御系のブロック図を示すものである。
【００２５】
図１において、マイクロ波加熱装置（以下、加熱調理器と称する）１００は、被加熱物を収容する加熱室１１に、マイクロ波と水蒸気Ｓとの少なくともいずれかを供給して被加熱物を加熱処理する加熱調理器であって、マイクロ波を発生するマイクロ波放射手段１２としてのマグネトロン１３と、加熱室１１内で水蒸気Ｓを発生し誘電率変更手段として機能する蒸気供給部１５と、加熱室１１の上方に配置された上部加熱ヒータ１６と、加熱室１１内の空気を撹拌・循環させる循環ファン１７と、加熱室１１内を循環する空気を加熱するコンベクションヒータ１９とを備えている。また、加熱調理器１００は、加熱室１１の壁面に設けた検出用孔を通じて加熱室１１内の被加熱物の温度を測定する温度検出手段としての赤外線センサ１８と、加熱室１１の壁面に配置されて加熱室１１の温度を測定するサーミスタ２０と、加熱室１１の底面から所定間隔を空けた上方に着脱自在に配置され、加熱室１１を上下に分割する仕切板としてのトレイ２２とを備えている。
【００２６】
図１及び図２に示すように、加熱室１１は、前面開放の箱形の本体ケース１０内部に形成されており、本体ケース１０の前面に、加熱室１１の被加熱物取出口を開閉する透光窓２１ａ付きの開閉扉２１が設けられている。開閉扉２１は、下端が本体ケース１０の下縁にヒンジ結合されることで、上下方向に開閉可能となっている。
【００２７】
マグネトロン１３は、例えば加熱室１１の下側の空間に配置されており、マグネトロン１３から発生したマイクロ波を受ける位置には電波撹拌手段としてのスタラー羽根３３（或いは回転アンテナ等）が設けられている。そして、マグネトロン１３からのマイクロ波を、回転するスタラー羽根３３に照射することにより、該スタラー羽根３３によってマイクロ波を加熱室１１内に撹拌しながら供給するようになっている。なお、マグネトロン１３やスタラー羽根３３は、加熱室１１の底部に限らず、加熱室１１の上面や側面側に設けることもできる。一般のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波放射手段から放射されたマイクロ波が伝播可能なマイクロ波空間があり、そのマイクロ波空間の一部に設けられた加熱室に被加熱物を収納するようにしており、使用者からは、加熱室以外のマイクロ波空間（たとえば導波管やスタラー羽根を配する空間）は見えないようになっている。
【００２８】
図２に示すように、加熱室１１の奥側の空間には、循環ファン１７及びその駆動モータ２３を収容した循環ファン室２５が配置されており、加熱室１１の後面の壁が、加熱室１１と循環ファン室２５とを画成する奥側壁面２７となっている。奥側壁面２７には、加熱室１１側から循環ファン室２５側への吸気を行う吸気用通風孔２９と、循環ファン室２５側から加熱室１１側への送風を行う送風用通風孔３１とが形成エリアを区別して設けられている（図１参照）。これら各通風孔２９、３１は、多数のパンチ孔として形成されている。
【００２９】
熱風発生部１４は、循環ファン１７とコンベクションヒータ１９とによって構成されている。循環ファン室２５内には、この循環ファン１７を取り囲むようにして矩形環状のコンベクションヒータ１９が設けられ、吸気用通風孔２９は循環ファン１７の前面に配置され、送風用通風孔３１は矩形環状のコンベクションヒータ１９に沿った位置に配置されている。これにより、循環ファン１７を回転駆動すると、加熱室１１内の空気が、吸気用通風孔２９を通して循環ファン１７のあるコンベクションヒータ１９の中心位置に吸い込まれ、放射状に拡散し、コンベクションヒータ１９の近傍を通過して加熱され、送風用通風孔３１から加熱室１１内に送り出される循環風となる。
【００３０】
また、蒸気供給部１５は、加熱により水蒸気Ｓを発生する水溜凹所３５ａを有した蒸発皿３５と、蒸発皿３５の下側に配設され、蒸発皿３５を加熱する蒸発皿加熱ヒータ３７とを有して構成している。蒸発皿３５は、例えばステンレス製の板材に凹部を形成した細長形状のもので、加熱室１１の被加熱物取出口とは反対側の奥側底面に、長手方向を奥側壁面２７に沿わせた向きで配設されている。なお、蒸発皿加熱ヒータ３７としては、図示は省略するが、シーズヒータ等の発熱体を埋設したアルミダイカスト製のヒートブロックを蒸発皿３５に接触させた構成としている。この他にも、ガラス管ヒータ、シーズヒータによる輻射熱で蒸発皿３５を加熱してもよく、プレートヒータ等を蒸発皿３５に貼り付けた構成としてもよい。
【００３１】
また、図１、図３に示すように、本体ケース１０内には、蒸発皿３５に供給する水を貯留する貯水タンク３８、貯水タンク３８内の水を送水する送水ポンプ３９、及び吐出口４１が蒸発皿３５に対向して配置された給水管路４３とが配設されている。貯水タンク３８内の水は、送水ポンプ３９によって給水管路４３を通して蒸発皿３５へ所望の水量を適宜供給可能にされている。なお、貯水タンク３８は、加熱調理器１００にジョイント部４５を介して組み込んだときに大型化しないように、本体ケース１０の比較的高温になりにくい側壁部にコンパクトに埋設してある。
【００３２】
上部加熱ヒータ１６は、グリル調理のための加熱や加熱室１１を予熱する例えばマイカヒータ等のプレートヒータであって、加熱室１１の上方に配置される。また、プレートヒータの代わりにシーズヒータで構成することもできる。
【００３３】
サーミスタ２０は、加熱室１１の壁面に設けられており、加熱室１１内の温度を検出するようになっている。加熱室１１の壁面には更に、複数箇所（例えば８箇所）の温度を同時に測定可能な赤外線センサ１８が揺動自在に配置されている。赤外線センサ１８を揺動させるスキャン動作により、加熱室１１内の複数の測定点の温度を測定することができ、さらに、測定点の温度を経時的に監視することで被加熱物Ｍの載置位置を知ることもできる。
【００３４】
トレイ２２は、加熱室１１の側壁面１１ａ、１１ｂに形成した係止部２６に着脱自在に支持される。係止部２６は、加熱室１１の複数の高さ位置でトレイ２２を支持可能に複数段設けられている。係止部２６にトレイ２２を係止させることにより、加熱室１１は上側空間１１Ａと下側空間１１Ｂとに２分割される。
【００３５】
また、図１、図２に示すように、ミスト供給部４７を備えた構成としており、これにより、加熱室１１内に水粒子としてミストＦを供給する構成としている。ミスト供給部４７の具体構成については図示しないが、ちなみに本実施例では、２．４ＭＨｚの超音波振動子で水を振動させて粒子径３ミクロン程度の水の微粒子（以下、水粒子と呼ぶ）を発生させるとともに、送風ファンによって気流を生じさせ、気流に乗せて水粒子を加熱室１１内に導くものである。
【００３６】
ここで水粒子を以下のように定義する。水粒子は水即ちＨ２Ｏからなる粒子を指し、気体としての水蒸気、液体としての水滴や雨、固体としての雪やひょうまでも含むものとする。
【００３７】
水粒子のうち、加熱されずに空間に放射される水粒子をミストと呼び、加熱による気化で発生する水蒸気をスチームと呼んで区別することにする。よって前述の水蒸気Ｓはスチームであり、ミスト供給部４７から発生するミストＦとは種類の異なる水粒子ということができる。
【００３８】
ミストを発生させる方法としては、一般的には１．６〜２．４ＭＨｚの超音波振動子を用いることが多いが、ミストサイズを大きくするために周波数の低い２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚで振動する超音波振動子を備えた超音波式噴霧器も知られている。
【００３９】
ここで水粒子を発生させる方法についてまとめておく。まず蒸気発生方式として、電熱式、電極式、パン型などの電力加熱方式と、二重管式、間接式などのボイラ方式がある。また、高圧スプレー式、遠心式、超音波式などの霧噴霧方式がある。さらに、回転式、滴下式などの送風蒸発方式がある。また最近では、これらの方式を組み合わせたハイブリッド方式もある。
【００４０】
水粒子を用いる用途としては、噴霧器だけでなく、加湿器、吸入器、美顔器、空気清浄機、などが一般的である。たとえばスチームファン式の加湿器などは、蒸気発生方式と送風蒸発方式を組み合わせたものがある。また吸入器の分野には、エアーポンプスプレー式、スチーム式、超音波式などが見られる。また美顔器の分野では、スチーム式が多いが、特に最近のものとして、２ミクロンのイオンスチームの周囲にマイナスイオン（マイナスの電気を帯びた水の分子）が存在するマイナスイオンスチームを発生するというものが見られる。さらに空気清浄機の分野では、気化＋温風式のハイブリッド方式や、静電霧化方式として１８ナノメートルの粒子径を発生するものもある。ここでは水粒子の発生方法については、特に限定するものではなく、適宜ふさわしいものを選択すればよい。
【００４１】
図４は、加熱調理器１００の制御系のブロック図であり、この制御系は、例えばマイクロプロセッサを備えてなる制御手段としての制御部５１を中心に構成されている。制御部５１は、主に入力操作部５３、表示パネル５５、マイクロ波放射手段１２、蒸気供給部１５、熱風発生部１４、上部加熱ヒータ１６、ミスト供給部４７、温度センサ１８、２０等との間で信号の授受を行い、これら各部を制御する。
【００４２】
入力操作部５３には、スタートキー、加熱方法の切換キー、自動調理キー等の各種キーが備えられており、表示パネル５５で確認しながら、加熱内容に応じて適宜キー操作して加熱調理を行う。
【００４３】
以上のように構成された加熱調理器について、以下その動作、作用を説明する。
【００４４】
まず、加熱調理器１００の基本動作である解凍について説明する。
【００４５】
図２に示すように、先ず、被加熱物Ｍである食品を皿等に載せて加熱室１１内に入れ、開閉扉２１を閉じる。入力操作部５３を操作して加熱方法、加熱時間、加熱温度等の諸設定を行い、スタートボタンを押下すると、制御部５１の動作によって自動的に加熱調理が行われる。
【００４６】
例えば、「蒸気発生＋循環ファンＯＮ」のモードが選択された場合には、蒸発皿加熱ヒータ３７がＯＮされることで、蒸発皿３５の水が加熱され水蒸気Ｓが発生する。蒸発皿３５から上昇する水蒸気Ｓが加熱室１１を循環することによって、被加熱物Ｍに均等に水蒸気Ｓが吹き付けられる。
【００４７】
この際、コンベクションヒータ１９をＯＮにすることによって、加熱室１１内の水蒸気Ｓを加熱できるので、加熱室１１内を循環する水蒸気Ｓの温度をさらに高温に設定することができる。従って、いわゆる過熱蒸気が得られて、被加熱物Ｍの表面に焦げ目を付けた加熱調理も可能となる。また、マイクロ波加熱を行う場合は、マグネトロン１３をＯＮにし、スタラー羽根３３を回転することで、マイクロ波を加熱室１１内に均一に撹拌しながら供給して、ムラの少ないマイクロ波加熱調理を行うことができる。
【００４８】
以上のように、本加熱調理器１００では、マグネトロン１３、熱風発生部１４、蒸気供給部１５、上部加熱ヒータ１６を夫々単独で、或いは組み合わせて用いることにより、調理に最適な加熱方法で被加熱物Ｍ（食品）を加熱することが可能となる。
【００４９】
なお、上記した調理時の加熱室１１内の温度は、赤外線センサ１８やサーミスタ２０によって測定されており、この測定結果に基づいて制御部５１がマグネトロン１３、上部加熱ヒータ１６、コンベクションヒータ１９等を適宜制御する。
【００５０】
本発明に係る加熱調理器１００は、上記の基本的な構成要素の制御に加えて、次に示すマイクロ波による加熱理制御を行っている。
【００５１】
図５は加熱室の底面を上から見た平面図である。
【００５２】
説明を簡単にするためにスタラー羽根の代わりに加熱室１１の底面中央にマイクロ波を供給するための電波開口部６０が存在すると仮定すると、この電波開口部の付近では、強磁界６１（破線矢印）により、同一方向の強磁界６３、６５（それぞれ破線矢印）が起こりやすくなる。すると、マイクロ波が加熱室１１内に入ることにより加熱室１１内でマイクロ波が共振を起こす。共振状態では、導波管内のような伝送状態とは異なり、磁界と電界の位相は９０゜ずれるので、強磁界６３、６５とは位相のずれた強電界６７、６９（実線矢印）が電波開口部を挟み込むように生じる。
【００５３】
共振状態は被加熱物が無い状態では、加熱室形状と電波開口部の位置によって決まり、本実施形態においては、強磁界６３、６５とは位相のずれた強電界６７、６９が加熱室１１の底面に対して垂直に立ち、同時に強電界６７と同方向（図５の奥向き）に強電界７１が立ち、強電界６９と同方向（図５の手前向き）に強電界７３が立つとする。勿論、２．４５ＧＨｚのスピードで、それぞれ向きが反転するものである。ここで図５中の斜線部は、加熱室１１の底面に生じる電界のうち、ある程度以上に電界が強い領域を示しており、加熱室の奥行き方向（ｘ方向）に三つ、幅方向に（ｙ方向）に四つ、強電界が生じている。これは共振状態となったために加熱室１１内に電磁波が定在波として分布することによって起こる電界の腹であり、この腹の数をモードと呼ぶ。通常、加熱室形状を三次元で表し、各方向の寸法をｘ、ｙ、ｚとするとき、それぞれの方向に電界の腹がｒ、ｓ、ｔ個だけあれば、そのモードは（ｒ  ｓ  ｔ）であるという。図示した場合では、ｒ＝３かつｓ＝４である。
【００５４】
図６は図５に示した強電界のモードをより簡略化してｒ＝２、ｓ＝２かつｔ＝３として３次元的に表示した例である。図中の斜線部は、加熱室１１の壁面上に生じる電界のうち、ある程度以上に電界が強い領域を示しており、向かい合う壁面は対称な電界分布を示している。斜線部で示す強電界７５の数（電界の腹）を数えると、ｘ方向に２個（ｒ＝２）、ｙ方向に２個（ｓ＝２）、ｚ方向に３個（ｔ＝３）立っており、モード（２２３）ということがわかる。
【００５５】
ここで、被加熱物が加熱室１１内に存在しない状態で、加熱室１１が直方体である場合には、加熱室１１の寸法と電波開口部の位置により、立ちうるモードを解析的に求めることができる。いま、加熱室１１の寸法をｘ、ｙ、ｚとし、各方向に立つモードの数は（１）式を満たすｒ、ｓ、ｔの組合せとなる（ｘ、ｙ、ｚはｍｍ単位、ｒ、ｓ、ｔは整数、λはマイクロ波の波長であって約１２２ｍｍ）。
【００５６】
１／λ２＝（ｒ／（２ｘ））２＋（ｓ／（２ｙ））２＋（ｔ／（２ｚ））２
・・・（１）
一方、被加熱物が加熱室１１内に存在する場合は、被加熱物の誘電率による波長圧縮の影響等で（１）式からずれが生じる。しかし、被加熱物が加熱室１１内にあっても、電波開口部付近では（１）式を満たすモードが立とうとしており、電波開口部から離れた位置でモードが乱されることが多いことが実験的にわかってきている。よって、波長λ≒１２２ｍｍとして（１）式に基づき所望のモードが得られるように加熱室１１の寸法を決定すれば、概ね任意のモードを発生させることが可能となる。また、スタラー羽根３３（あるいは回転アンテナ）を有する場合は、回転により、図５で示すところの電波開口部６０の位置を連続的に変化させるようなものと考えられるので、ある程度モードを変更することができる。
【００５７】
さらに、マイクロ波の波長λを変化させることでモードを変更することができる。具体的には、加熱室１１内に誘電体である水粒子を供給することにより、マイクロ波の波長が変化する。ここで、変化後の波長をλａ、加熱室１１内の誘電率をεとすると、変化後の波長λａは（２）式で表される。
【００５８】
λａ＝λ／√ε      ・・・（２）
誘電率εは、空気の場合は１で、水蒸気では３前後となる。つまり、前述した蒸気供給部１５から加熱室１１内に水蒸気を供給することにより、加熱室１１内の誘電率が変化し、これにより、（２）式の関係からマイクロ波の波長が短波長側にシフトする。すると、（１）式によって決定される強電界のモードが変化する。
【００５９】
図７は加熱室の壁面上に発生する強電界のバリエーションを示す図である。表示された強電界７５が加熱室底面の強電界の位置だとすると、（ａ）はｒ＝２、ｓ＝２のモードであり、図６に示した強電界の状態と同じである。（ａ）の状態から加熱室１１内に水の微粒子を供給することにより、例えば（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すような状態に遷移する。（ｂ）はｒ＝５、ｓ＝１のモード、（ｃ）はｒ＝３、ｓ＝３のモード、（ｄ）はｒ＝４、ｓ＝４のモードであり、強電界の状態が変化する。
【００６０】
図８は加熱室１１に水の微粒子を供給しない場合（ａ）と供給した場合（ｂ）のマイクロ波の状態を概念的に示す説明図である。
【００６１】
図８（ａ）の水の微粒子を供給しない場合、マイクロ波の波長λは約１２２ｍｍでマイクロ波加熱がなされる。一方、（ｂ）の水の微粒子を供給した場合は、加熱室１１内の誘電率が大きくなり、マイクロ波の波長が短波長化される。その結果、加熱室１１内におけるマイクロ波による定在波の分布が細かくなり、被加熱物に対して均一な加熱効果が得られるようになる。また、マイクロ波の波長が短くなることで、被加熱物に対するマイクロ波の浸透深さが浅くなり、被加熱物の表面が特に加熱されるようになる。
【００６２】
次に、従来出来映え良く加熱することが困難であった冷凍品の解凍に対して、上述したように加熱室１１内のマイクロ波の状態を変化させることで、加熱状態を良好に改善することについて説明する。
【００６３】
図９に冷凍品の解凍処理におけるマイクロ波加熱と水蒸気供給のシーケンスの一例を示した。
【００６４】
冷凍品を解凍するには、図９（ａ）に示すように、まず、マイクロ波放射手段１２により発生させるマイクロ波の出力（一般に高周波出力と呼ばれる）をたとえば３００Ｗとして最初の所定時間（例えば２分）連続してＯＮとする。その際に、赤外線センサ１８により加熱室１１内の温度分布も測定する。
【００６５】
ここで、赤外線センサ１８による被加熱物の温度測定を図１０を用いて説明する。
【００６６】
図１０（ａ）に示すように、赤外線センサ１８は一度に複数点（ｎ点）の温度を同時に検出しながら赤外線センサ１８自体を揺動させることで、図中矢印方向にスキャンしつつ加熱室１１内を複数の測定点（スキャン方向にｍ点）に対する温度測定を行う。従って、赤外線センサ１８の１スキャンで、図１０（ｂ）に示すｎ×ｍ点の測定点全ての温度が検出される。被加熱物Ｍに対する温度は、連続的に検出される各測定点における温度の経過時間に対する上昇率に基づいて被加熱物Ｍの載置位置を求め、この載置位置における検出温度を被加熱物Ｍの温度として扱う。
【００６７】
図１１に、赤外線センサによるスキャンを連続的に複数回行ったときの図１０（ｂ）におけるＬ線位置の温度分布を示した。図１１において、１スキャン幅内で温度が特に変化している温度分布のピーク位置（谷の位置）は、図１０（ｂ）におけるＬ線上の被加熱物Ｍの位置に対応する。従って、加熱室１１における被加熱物Ｍの位置は、この温度分布のピーク存在位置から求められる。ここで、この被加熱物Ｍの位置に対応する温度を、加熱初期時或いは温度測定開始時まで遡って求めることにより、被加熱物Ｍの初期温度を判定することができる。また、図１１における温度分布曲線のピーク同士を連結する線（図１１における点線）の勾配から被加熱物Ｍの温度上昇率ΔＴを求めることにより、被加熱物Ｍの分量を推定することができる。これは、図１２に示すように、同じ初期温度で重量の異なる２つの被加熱物Ｍ１、Ｍ２を同じ条件で加熱すると、その重量に応じて温度上昇率ΔＴが異なり、分量の少ない被加熱物Ｍ１を加熱した場合には温度上昇率がΔＴＬとなり、分量が多い被加熱物Ｍ２を加熱した場合には温度上昇率がΔＴＬより小さなΔＴＭとなるためである。上記の被加熱物Ｍの初期温度の判定及び温度上昇率ΔＴから被加熱物Ｍの分量を推定することで、冷凍品の解凍処理終了時間を設定する。
【００６８】
再び図９に戻り、マイクロ波加熱により被加熱物の温度が所定温度に達したら、図９（ｂ）に示すように蒸気供給部１５によって加熱室１１内に水蒸気を所定時間（ここでは１分）供給する。すると、加熱室１１内の比誘電率（誘電率の実数部分）は、図１３に示すように徐々に増加して、加熱室１１内の電界の分布が変化する。そして、比誘電率が増加するとマイクロ波の波長が短くなり、その結果、図８（ａ）に示す第１の状態から図８（ｂ）に示す第２の状態に遷移して、図７（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に例示するように強電界のモードが細かい分布のモードとなる。
【００６９】
ここで図９の蒸気供給用出力は、水蒸気を発生させるために蒸発用加熱ヒータ３７にかかる電力が比較的大きく、マイクロ波加熱と同時通電される場合があるので、合算で電源の定格を越えないように配慮する必要がある。たとえばマイクロ波加熱の高周波出力を３００Ｗとして、効率を６０％とすると、マイクロ波加熱のための消費電力は５００Ｗとなる。このとき電源の定格が１５００Ｗ（１００Ｖで１５Ａ）とすると、蒸発用加熱ヒータは、効率をほぼ１００％とした場合、１５００−５００＝１０００Ｗ以下に抑えなければならない。実際には６００Ｗ程度としており、全く問題は無い。
【００７０】
なお、水蒸気を供給した後のマイクロ波加熱は、図９（ａ）に示すように適宜なデューティ比の断続制御としている。たとえば３００Ｗを断続することで平均１００〜１５０Ｗ相当の電力を与えることが多い。
【００７１】
これにより、図１４に被加熱物の加熱状態を概念的に示すように、マイクロ波加熱の初期においては、（ａ）のように被加熱物の内部Ｍｉｎが特に強く加熱され、その後に水蒸気を供給することによって強電界が細かく分布するモードに変わり、（ｂ）のように被加熱物の表面Ｍｏｕｔが特に強く加熱されて、最終的に、（ｃ）のように内部Ｍｉｎと表面Ｍｏｕｔとが均一に加熱された状態に仕上がる。
【００７２】
そして、マイクロ波加熱時間が、予め被加熱物の重量から求めた解凍処理終了時間に達したらマイクロ波加熱の出力を停止する。
【００７３】
このような冷凍品の解凍処理におけるマイクロ波加熱と水蒸気供給のシーケンスによれば、加熱室１１へマイクロ波を供給して得られる電界の強弱（腹と節）のうち、電界の強い部位（腹）が加熱室１１内に複数個が存在する第１の状態で被加熱物をマイクロ波加熱し、その後、加熱室１１内に蒸気供給部１５から水の微粒子を供給して該加熱室１１内の誘電率分布状態を変更し、電界の強い部位（腹）の数を第１の状態より増加させた第２の状態として、被加熱物をマイクロ波加熱することにより、異なる二種類の状態でマイクロ波加熱することで、局所的なマイクロ波加熱が仕上がりに影響することを抑制し、被加熱物を加熱ムラのない良好な状態に仕上げることができる。
【００７４】
ここで、上述した強電界の変化の現象を裏付けるために、マイクロ波空間内の電界強度分布をＣＡＥ解析したところ、図１５、図１６に示すような等電界強度線図が得られた。図１５は加熱室内の誘電率を空気相当の１とした場合、図１６は加熱室全体の誘電率を水蒸気相当の３とした場合を示している。双方を比較すると、全体的に強電界の分布が明らかに異なっており、図１５では比較的大きな電界の強い部位が点在しているのに対して、図１６では電界の強い部位が細かく散在している。従って、加熱室１１への水蒸気の供給によって、被加熱物をマイクロ波加熱する主要な加熱点（強電界を生じる位置）を増加させることができ、局所的な加熱が抑制されて被加熱物を温度ムラの少ない仕上がり状態にできる。
【００７５】
また、図１７にＣＡＥ解析による被加熱物の内部における等電界強度線図を示した。図１７（ａ）は図１５に対応する加熱室内の誘電率を空気相当の１として加熱した場合、（ｂ）は図１６に対応する加熱室全体の誘電率を水蒸気相当の３として加熱した場合を示している。図示のように、水蒸気の供給の有無により被加熱物の内部においても強電界の分布が明らかに異なっており、両者を組み合わせることで（ａ）だけのときよりも分布を均一化できることがわかる。また（ａ）のマイクロ波加熱の場合よりも（ｂ）の水蒸気を供給した場合の加熱の方が細かい強電界の分布となっている。
【００７６】
つまり、被加熱物を中心に考えると、水蒸気の供給のないマイクロ波による加熱開始時には、図１８（ａ）に示すように被加熱物内部Ｍｉｎにマイクロ波が浸透し、内部から加熱され、その後、水蒸気の供給によって被加熱物の表面に結露ＳＬが生じ、この結露した水にマイクロ波の加熱エネルギーが集中し、図１８（ｂ）に示すように被加熱物の外側から加熱が進むようになる。上記（ｂ）に示すような所謂「蒸気加熱による被加熱物の均一加熱効果」は、主に被加熱物の外側からの加熱が生じることを利用している。一方、本願発明における加熱室内へ水蒸気を供給する目的は、図１９に被加熱物内の強電界をモデル化して示すように、（ａ）の単にマイクロ波で加熱した場合の強電界の分布より、（ｂ）の水蒸気を供給して加熱した場合の強電界の分布を細かくかつ異なる位置に発生させることにある。この強電界分布の細分化と位置変化により、加熱ポイント（強電界の発生位置）が散在化されて、被加熱物が均一に昇温するようになる。さらに加熱が進んで被加熱物の表面に結露が生じた後は、上述の蒸気による均一加熱効果も作用して、これらの相乗効果によって被加熱物は、より一層の均一な加熱が実現される。
【００７７】
また本実施形態においては、蒸気供給部１５によって任意に誘電体である水粒子を加熱室１１内に投入して、加熱室１１内の誘電率を変更するものであるが、実際には蒸発皿３５に水を入れることによってもわずかながら加熱室１１内の誘電率が変化する。従って、強電界の分布の変化は、蒸気発生前の蒸発皿３５に水を供給したときから少しずつ始まり、強電界の分布の切り替えが迅速に行える。
【００７８】
また、発生する水蒸気は加熱室１１の上部に自然滞留させることで、加熱室１１の底面に載置する被加熱物への結露を防ぐことも可能となる。よって、結露することが好ましくない被加熱物（解凍）に対しても、水蒸気の供給を制御することで、強電界の分布を変化させて加熱の均一化を促進させることができる。
【００７９】
換言すると、マイクロ波が供給される仮想的なマイクロ波空間内へ水蒸気を供給することにより、空間内の誘電率が大きくなり、マイクロ波空間全体の形状を実際の加熱室１１よりも見かけ上大きくすることができる。この作用により、マイクロ波の強電界の分布を変化させることができ、その結果、水蒸気の有無に応じて加熱室１１内の強電界の分布を変えて、被加熱物の加熱の均一化を促進させることが可能となる。
【００８０】
ここで、発生する水蒸気が加熱室１１の上部に自然滞留すると、加熱室の上側に配置された赤外線センサ１８の周囲にも水蒸気が充満し、その結果赤外線センサ１８からは水蒸気が邪魔で被加熱物の温度が見られなくなる。よって図９では２分後以降は温度検出しないようにしている。もし赤外線センサ１８で、再度被加熱物の温度を見たい場合は、循環ファンなどで水蒸気を排出するような制御を付け加えればよい。
【００８１】
次に、本発明に係るマイクロ波加熱方法の変形例を説明する。
【００８２】
本変形例のマイクロ波加熱方法では、加熱室内のマイクロ波の強電界を変化させる際に、強電界のモードを前述の水粒子供給前の第１の状態と、水粒子供給後の第２の状態とで、できるだけ互いに異なる位置に強電界が発生するようにしている。
【００８３】
図２０は第１の状態と第２の状態における強電界の位置の例を示した説明図である。図示のように、例えば第１の状態においてｒ＝２、ｓ＝２のモード（ｒ、ｓ、ｔのうちいずれか２つが２であるモード）である場合には、第２の状態において、第１の状態で強電界７５が生じなかった位置に強電界７５が発生するように、補完すべき位置を含むように強電界を発生させている。
【００８４】
このように、第２の状態において補完すべき位置に強電界７５を発生させるためには、加熱室１１内に供給する水粒子を調整して、所望のモードとなる誘電率に設定したり、例えばスタラー羽根３３の向きを変更することで微調整が行える。
【００８５】
この強電界の位置制御により、被加熱物を一層ムラなく均一にマイクロ波加熱することができ、加熱後の出来映えがさらに良好となる。
【００８６】
次に、加熱調理器１００の基本動作であるあたための場合について説明する。
【００８７】
図２１にあたためにおけるマイクロ波加熱とミスト供給のシーケンスの一例を示した。
【００８８】
あたための場合には、図２１（ａ）に示すように、まず、マイクロ波放射手段１２により発生させるマイクロ波の出力（高周波出力）をたとえば定格７００Ｗで最後まで加熱する。その間、赤外線センサ１８により加熱室１１内の温度分布も測定する。
【００８９】
前述の解凍（図９）の説明では、水蒸気を発生させるために蒸発用加熱ヒータ３７にかかる電力を６００Ｗ程度としていた。解凍の場合はマイクロ波加熱の高周波出力を最大でも３００Ｗ（消費電力５００Ｗ）としていたので、消費電力の合計が電源の定格１５００Ｗ（１００Ｖで１５Ａ）を超えることは無かった。
【００９０】
しかしあたための場合は、マイクロ波加熱の高周波出力が高く、７００Ｗ出力で効率６０％の場合、消費電力が１１６７Ｗにもなり、消費電力６００Ｗの蒸発用加熱ヒータ３７とは同時には使えない。そこであたための場合は水蒸気では無くミストを使うことが有効である。ミストの発生にはヒータが不要であり、消費電力を数十Ｗ程度に抑えることができるので、マイクロ波加熱と同時使用しても１２００Ｗ程度の消費電力に抑えることが可能である。
【００９１】
またミストは、加熱しない限り温度が水の温度よりも上がらないので、加熱室空間の温度と同等以下に維持することも容易である。よって図１、図２のように、ミスト供給部４７を加熱室の下側に配置した場合、加熱室内に噴霧されてもミスト温度が低いので上昇気流が発生せず、加熱室１１の下部に充満させることが可能である。特に被加熱物よりも下側に充満させれば、加熱室の上側に配置された赤外線センサ１８の視野をさえぎること無く、常に被加熱物の温度を検出することができる。よって図２１では最後（３分）まで温度検出を続けている。図２２にはミストＦと水蒸気Ｓの、加熱室１１への充満の違いを示した。図２２（ａ）はミスト供給部４７でミストＦを発生させて加熱室１１の下側に充満させた状態で、図２２（ｂ）は蒸気供給部で水蒸気Ｓを発生させて加熱室１１の上側に充満させた状態である。
【００９２】
図２３は、ミストＦによるマイクロ波分布の変化により、被加熱物の温度が均一化される様子を示した特性図である。横軸は時間（分）として図２１と合わせており、縦軸は被加熱物の最高温度と最低温度の推移を示したものである。図２１のシーケンスによると、約１分３０秒からミストＦを投入している。これは赤外線センサ１８により被加熱物Ｍの温度分布を常時検出しているうちに、約１分３０秒後に、被加熱物Ｍの最高温度と最低温度の差ΔＴ１があらかじめ設定された閾値Ｔを超えたので、ミストＦを投入開始したものである。ミストＦの投入により、ミストＦが充満する加熱室１１の下側の誘電率が徐々に増えていき、マイクロ波の分布も変化していくと考えられる。それにともなって、ミストＦの無い状態のときに最高温度を示していた特性Ｋ１が徐々に鈍化し、ミストＦの無い状態のときに最低温度を示していた特性Ｋ２が徐々に上昇を始め、両者の差が減少していく。そして３分後には、温度差ΔＴ２（＜ΔＴ１）となり、均一化されることになる。さて３分後に全体がちょうど良い温度に仕上がっている場合はこれで加熱終了である。しかし、赤外線センサ１８の検出によって、まだ全体の温度が低いと判断した場合は加熱を続けなければならない。この場合、ミストを供給しつづけると特性Ｋ２が特性Ｋ１を逆転して上回りそうに見える。よって逆転して以降も加熱を続ける場合は、時間とともに温度差が広がっていくことがあるので、その温度差を検出し、ある閾値を越えたらミストの供給の中止、循環ファンによるミストの排出などを行い、再度特性を変化させることが望ましい。
【００９３】
以上のように、本実施の形態においては、マイクロ波空間に水蒸気とミストという二種類の水粒子を供給してマイクロ波空間内の誘電率分布状態を変更することにより、マイクロ波空間内のマイクロ波分布を変化させることになり、マイクロ波空間に含まれる加熱室内のマイクロ波分布を変化させることができる。よって加熱室に収納された被加熱物周辺のマイクロ波の電界分布が変化することになり、単一の分布で加熱するときのような局所加熱を抑制して、被加熱物の加熱均一化を図り、加熱後の出来映えを向上させることができる。
【００９４】
また、本実施の形態の二種類の水粒子を温度が異ならせることにより、水の誘電率は温度特性を有しているので、温度が異なれば水粒子の誘電率が異なり、異なる温度のどの水粒子を供給するかによって結果的にマイクロ波空間内の誘電率分布状態を変更することができる。特に、第一の水粒子は水を加熱して発生する水蒸気からなり、第二の水粒子はミストからなるので、水蒸気はおよそ１００℃程度となり、ミストはほぼ室温程度となるので、それぞれの誘電率を異ならせることができる。よって目的に応じて、たとえば解凍の時はスチームを利用し、あたための時はミストを利用するなど、いろいろな使い方ができる。
【００９５】
また、本実施の形態の二種類の水粒子は供給される領域が異なり、水蒸気は加熱室の上側、ミストは加熱室の下側に充満する構成としたことにより、水粒子が供給される領域は比誘電率が高くなるのに対して、水粒子が供給されない領域は比誘電率が空気の比誘電率１のままに維持されることにより、どこに水粒子を供給するかによって結果的にマイクロ波空間内の誘電率分布状態を変更することができる。
【００９６】
また、本実施の形態では、加熱調理器は、水粒子を供給せずにマイクロ波加熱する第一の加熱モードと、スチームのみを供給してマイクロ波加熱する第二の加熱モードと、ミストのみを供給してマイクロ波加熱する第三の加熱モードを有する構成としたことにより、加熱モードごとにマイクロ波空間内の誘電率分布状態が異なり、被加熱物周辺のマイクロ波の電界分布も変化することとなり、少なくとも三種類の異なる電界分布で被加熱物を加熱することができる。
【００９７】
本実施の形態では、加熱調理器は、解凍のときには第一の加熱モードと第二の加熱モードを切り替え、あたためのときには第一の加熱モードと第三の加熱モードを切り替える構成とした。もちろん用途に応じて、一回の加熱のあいだに全ての加熱モードを使うこともできる。
【００９８】
さらに本実施の形態では、被加熱物の温度分布を検出する温度検出手段（赤外線センサ）を有し、制御手段（制御部）は、前記温度検出手段により被加熱物が所定の温度差を生じたら水粒子を供給するように誘電率変更手段を制御する構成としたことにより、被加熱物に所定の温度差が生じた場合に適切なタイミングで分布を変更することができ、局所加熱による加熱ムラを抑制して、被加熱物に応じた最適な出来映えを提供することができる。
【００９９】
さらに、分布変更後の加熱時間の方が長い場合には、最高温度と最低温度が逆転して温度差が広がっていくことも考えられるので、引き続き温度検出を行い、必要に応じて水粒子を排出したり、再度供給したり、何度も変更することも考えられる。
【０１００】
また、本実施の形態の二種類の水粒子は温度と供給する領域とが異なっていたが、異なるのはどちらか一方のみとしても良い。
【０１０１】
（実施の形態２）
図２４は、本発明の第２の実施の形態のマイクロ波加熱装置２００の概略構成図である。
【０１０２】
本実施形態のマイクロ波加熱装置２００は、二種類のミスト供給部８０ａ、８０ｂを有しており、供給するミストの密度が異なる構成としている。図２４（ａ）はミスト供給部８０ａにより密度の低いミストＦａを噴霧している状態、図２４（ｂ）はミスト供給部８０ｂにより密度の高いミストＦｂを噴霧している状態を示している。具体的には、粒子径が同じであっても粒子の数が多ければ密度が高くなり、粒子の数が少なければ密度を低くすることができる。
【０１０３】
これによって、水粒子の密度が高いほど空間の比誘電率が高くなって水の比誘電率８０に近づき、水粒子の密度が低いほど空間の比誘電率が低くなって空気の比誘電率１に近づくと考えられるので、どちらのミストを供給するかによって、結果的にマイクロ波空間内の誘電率分布状態を異なる状態に変更することができる。ちなみに、どちらのミストも投入しないマイクロ波のみの加熱モードからすると、密度の低いミストＦａを供給した加熱モードよりも、密度の高いミストＦｂを供給した加熱モードの方が、より誘電率の変化が大きくなり、マイクロ波分布の変化も大きくなる。よって変化がわずかでよい場合はミストＦａを供給し、ある程度大きな変化が必要な場合はミストＦｂを供給することが考えられる。さらに最大限に変化させたいという場合は、ミストＦａとミストＦｂを同時に供給する方法もある。
【０１０４】
なお、密度を変える方法として、ミスト供給手段の基本性能によって粒子の発生数を変えるとか、ミスト供給手段の数を変える方法があるし、気流に乗せてミストを送るような場合は風量、風向きなどによっても変更可能である。
【０１０５】
（実施の形態３）
図２５は、本発明の第３の実施の形態のマイクロ波加熱装置の説明するための水粒子の構成図である。図２５（ａ）は粒子径が小さい水粒子９０であり、図２５（ｂ）は粒子径が大きい水粒子９１である。それぞれ図示しない誘電率変更手段により別個に供給できる構成である。
【０１０６】
ミストのサイズは、１０ナノメートルから１ミリぐらいまでが現実に発生できる粒子径と考えられる。ただしあまりにも粒子径が小さすぎると分布変更の効果が薄れていくし、あまりにも粒子径が大きいと分布変更の効果は大きいがミスト自体が加熱されて電力の損失につながる可能性がある。目的に応じて適宜選択するべきである。
【０１０７】
以上、本実施の形態において、二種類の水粒子は粒子径が異なるので、水粒子の粒子径が大きいほど空間の比誘電率が高くなって水の比誘電率８０に近づき、水粒子の粒子径が小さいほど空間の比誘電率が低くなって空気の比誘電率１に近づくと考えられるので、異なる粒子径のどの水粒子を供給するかによって結果的にマイクロ波空間内の誘電率分布状態を変更することができる。
【０１０８】
なお、粒子径を変える方法として、超音波振動子を用いる場合は周波数と粒子径の関係に負の相関関係がある（周波数が高いほど粒子径が小さい）ので容易に変更できる。また水粒子を発生させる方式を変えることで粒子径を変えることも考えられる。たとえばスチーム式は粒子径が小さく、霧吹きのようなものは粒子径が大きいなどである。また霧吹きの場合はノズルの形状によっても容易に粒子径が変更できる。さらに水粒子が存在する空間の圧力を変化させる方法もある。圧力を高くすると水粒子が圧縮されて粒子径が小さくなり、圧力を低くすると水粒子が膨張して粒子径が大きくなる。
【０１０９】
（実施の形態４）
図２６は、本発明の第４の実施の形態のマイクロ波加熱装置の説明するための図であり、水粒子として二種類の水蒸気を供給するシーケンスについて示したものである。図２６（ａ）は第一の水蒸気に関するもので、蒸気供給用出力を連続的にオンしており水蒸気の供給量が多い状態である。また図２６（ｂ）は第二の水蒸気に関するもので、蒸気供給用出力が断続的であり水蒸気の供給量が少ない状態である。たとえば図２６（ｂ）のオン時間が、図２６（ａ）に対して１／３程度であったとすれば、水蒸気の供給量も１／３程度になることが予想される。このように単位時間あたりの通電時間の割合により、水粒子の供給量を切り替えることが可能である。
【０１１０】
本実施の形態によれば、二種類の水粒子は供給される量が異なることを特徴としている。
【０１１１】
これによって、水粒子の供給量が多いほど空間の比誘電率が高くなって水の比誘電率８０に近づき、水粒子の供給量が少ないほど空間の比誘電率が低くなって空気の比誘電率１に近づくと考えられるので、異なる供給量のどの水粒子を供給するかによって結果的にマイクロ波空間内の誘電率分布状態を変更することができる。
【０１１２】
なお、本実施の形態では蒸気供給用出力のオン時間で供給量を変化させていたが、供給量を変化させる方法としては、蒸気供給用出力の大きさを変えることもできるし、たとえば蒸発皿加熱ヒータの種類（定格電力、立ち上がりの早さなど）を変えたり、ヒータの本数を変えたりしてもよい。
【０１１３】
（実施の形態５）
図２７は、本発明の第５の実施の形態のマイクロ波加熱装置の説明するための図であり、図２７（ａ）はマイクロ波加熱のための高周波出力、図２７（ｂ）は第一の水粒子である水蒸気を供給するための蒸気供給用出力、図２７（Ｃ）は第二の水粒子であるミストを供給するためのミスト供給用出力のタイムチャートである。横軸の時間（分）のステップごとに説明する。
【０１１４】
０から１分までは、水粒子を供給せずにマイクロ波加熱する第一の加熱モードであり、マイクロ波空間内の誘電率はほぼ空気の１のままなのでマイクロ波分布は一定である。そして高周波出力はたとえば９００Ｗ（効率６０％で消費電力１５００Ｗ）といった大電力である。
【０１１５】
１分から１分３０秒までは、第一の水粒子である水蒸気を供給してマイクロ波加熱する第二の加熱モードであり、水蒸気によってマイクロ波空間内の誘電率が上がるのでそれに応じてマイクロ波分布が変化する。そして蒸気供給用出力がたとえば６００Ｗ（効率１００％で消費電力６００Ｗ）と大きいので、総消費電力を抑えるために高周波出力を５４０Ｗ（効率６０％で消費電力９００Ｗ）に下げている。
【０１１６】
１分３０秒から１分４５秒までは、第二の水粒子であるミストを供給してマイクロ波加熱する第三の加熱モードであり、ミストによってマイクロ波空間内の誘電率が変化するのでそれに応じてマイクロ波分布が再度変化する。そしてミスト供給用出力はたとえば８０Ｗ（効率８０％で消費電力１００Ｗ）と比較的小さいので、高周波出力を８４０Ｗ（効率６０％で消費電力１４００Ｗ）に上げている。
【０１１７】
１分４５秒から２分３０秒までは、第一の水粒子である水蒸気と第二の水粒子であるミストを同時に供給してマイクロ波加熱する第四の加熱モードであり、水蒸気とミストによってマイクロ波空間内の誘電率がまた変化するのでそれに応じてマイクロ波分布もさらに変化する。そして蒸気供給用出力がたとえば６００Ｗ（効率１００％で消費電力６００Ｗ）、ミスト供給用出力はたとえば８０Ｗ（効率８０％で消費電力１００Ｗ）で、高周波出力を４８０Ｗ（効率６０％で消費電力８００Ｗ）としている。
【０１１８】
さて、このような制御は図示しない制御手段が時間配分を決定するとともにそれぞれの電力を制御するものである。各加熱モードの時間配分については、たとえば総加熱時間に対して４：２：１：３という比率で切り替える方法がある。つまり図２７のシーケンスは、使用者が総加熱時間として２分３０秒と入力した場合であり、第一の加熱モードは２分３０秒×４／（４＋２＋１＋３）＝１分、第二の加熱モードは２分３０秒×２／（４＋２＋１＋３）＝３０秒、第三の加熱モードは２分３０秒×１／（４＋２＋１＋３）＝１５秒、第四の加熱モードは２分３０秒×３／（４＋２＋１＋３）＝４５秒、というわけである。
【０１１９】
本実施の形態では、少なくとも四種類の異なる電界分布で被加熱物を加熱することができる。このように複数種類の水粒子とマイクロ波加熱を連動して制御することで、非常に豊富な加熱パターンを起こすことができると考えられる。
【０１２０】
また、総加熱時間に対して所定の比率で加熱モードを切り替える構成としているので、用途に応じて被加熱物の加熱時間が大きく変動することが考えられるが、そのような場合でもいずれかのモードに偏って単一に近い分布で加熱することが無く、それぞれの加熱モードをバランス良く配分することができる。
【０１２１】
（実施の形態６）
図２８は、本発明の第６の実施の形態のマイクロ波加熱装置３００の正面断面図である。本実施の形態では、水粒子としてミストＦｃを用いている。
【０１２２】
マグネトロン１０１から放射されたマイクロ波は導波管１０２を介してマイクロ波空間１０３内に導かれる。マイクロ波空間１０３の上部を低誘電損失材料からなる仕切板１０４で仕切り、上部空間１０５にミストＦｃを供給する構成としている。そして仕切板１０４の下部は、被加熱物を出し入れ可能な加熱室１０６となる。そして、超音波振動子１０７、貯水タンク１０８、噴射口１０９および水受けタンク１１０などにより、誘電率変更手段としてのミスト供給部１１１を構成している。超音波振動子１０７は、本実施の形態ではミストの大きさを数１０ミクロン以上とし、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚの範囲の振動子を利用している。また、上部空間１０５内に噴霧したミストＦｃは結露するので、仕切板１０４をミスト供給部１１１側に傾斜させ、結露水が仕切板１０４の上を伝って上部空間１０５の壁面に設けた孔１１２を経て水受けタンク１１０に流れ落ちるようにしている。
【０１２３】
ここでミスト供給部１１１は、マイクロ波空間１０３の外部から内部へミストＦｃを投入する誘電体投入手段であり、マイクロ波空間１０３のうちの上部空間１０５の誘電率をミストＦｃの量によって変更できる誘電率変更手段となる。
【０１２４】
また仕切板１０４と孔１１２は、マイクロ波空間１０３の内部から外部へ結露水を排出する誘電体排出手段であり、上部空間１０５の誘電率を空気だけの誘電率（＝１）にまで低減させる誘電率変更手段とも言える。
【０１２５】
またターンテーブル１１３は、被加熱物を載せて回転させる被加熱物回転手段であり、モータ１１４により回転駆動されるものである。
【０１２６】
ここで、超音波振動子の最大の利点は、水を加熱する時間が必要なく水粒子を発生させることができる点であり、欠点は、水に含まれるさまざまな成分も同時に水粒子に含まることである。
【０１２７】
本実施の形態のマイクロ波加熱装置は、上記欠点を解消するために仕切板１０４で閉じた空間にミストＦｃを拡散させる構成とし、その利点を最大限に活用して、加熱の所定タイミング時に直ちにミストＦｃを噴霧してマイクロ波空間内のマイクロ波の電界分布を変化させるものである。すなわち水粒子は、霧状のミストとしたことにより水を加熱する時間が不要なので、必要なタイミングでミストＦｃを発生させることができ、マイクロ波分布の制御性を高めることができる。
【０１２８】
また、被加熱物を収納する加熱室１０６と上部空間１０５を空間的に仕切る仕切板１０４と、上部空間１０５に供給するミストＦｃを発生するミスト供給部１１１とを備えたことにより、噴霧したミストＦｃが被加熱物よりも上方に位置するにもかかわらず、被加熱物に落下することが無く、水に含まれるさまざまな成分が降りかかることが無いので衛生的である。
【０１２９】
また、仕切板３７は、使用するマイクロ波に対して低誘電損失の材料としたことにより、仕切板３７で区切られた上部空間３８内に存在するミストＦｃの状態に応じた空間の誘電率の変化をマイクロ波空間３６全体の作用空間に確実に作用させることができる。
【０１３０】
さらにまた、ミスト発生手段４４は、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚで振動する超音波振動子４０を備えたことにより、発生させる霧の大きさが約２５μｍ〜１００μｍの霧を供給することでマイクロ波への作用を充分確保し、分布の可変を確実に行うことができる。
【０１３１】
本実施の形態では、マイクロ波空間１０３のうち、加熱室１０６ではない上部空間１０５にのみ水粒子を供給している。この上部空間１０５だけがミストＦｃで充満されると、上部空間１０５が変化した（大きくなった）ように作用して、強電界の分布を変化させることができる。これにより、被加熱物への加熱効果を変化させることが可能となり、被加熱物の加熱の均一化を促進させることができる。
【０１３２】
（実施の形態７）
図２９は、本発明の第７の実施の形態のマイクロ波加熱装置４００の正面断面図である。
【０１３３】
マグネトロン１２１から放射されたマイクロ波は導波管１２２、回転アンテナ１２３を介してマイクロ波空間１２４内に導かれる。マイクロ波空間１２４をセラミックやガラスなどの低誘電損失材料からなる仕切板１２５で仕切り、仕切板１２５より下方にあたる下部空間１２６にのみ、ミスト供給部１２７から水粒子としてのミストＦｄを供給する構成としている。そして仕切板１２５の上側は、被加熱物を出し入れ可能な加熱室１２８となる。モータ１２９は回転アンテナ１２３を回転させる駆動手段である。
【０１３４】
本実施の形態では、マイクロ波空間１２４のうち、加熱室１２８ではない下部空間１２６にのみミストＦｄを供給している。この下部空間１２６だけがミストＦｄで充満されると、下部空間１２６が変化した（大きくなった）ように作用して、強電界の分布を変化させることができる。これにより、被加熱物への加熱効果を変化させることが可能となり、被加熱物の加熱の均一化を促進させることができる。
【０１３５】
特にマイクロ波を供給する回転アンテナ１２３の近傍にミストＦｄを供給すれば、被加熱物にあたるよりも前の段階のマイクロ波にミストＦｄを作用させることができるので、効果的に作用させることができる。
【０１３６】
なお、以上に示した実施の形態はさまざまに組み合わせて実施できるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
以上のように、本発明にかかるマイクロ波加熱装置は、複数種類の水粒子による誘電率分布の変更によりマイクロ波分布を変化させて被加熱物の加熱分布を均一化できるので、食品などの各種誘電体の加熱、解凍、陶芸加熱、乾燥、焼結あるいは生体化学反応等の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の開閉扉を開けた状態を示す正面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の基本動作説明図
【図３】本発明の実施の形態１における蒸気供給部への給水経路を示す説明図
【図４】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置を制御するための制御系のブロック図
【図５】本発明の実施の形態１における加熱室の底面を上から見た平面図
【図６】本発明の実施の形態１における図５に示した強電界のモードをより簡略化してｒ＝２、ｓ＝２かつｔ＝３として３次元的に例示した説明図
【図７】（ａ）本発明の実施の形態１における加熱室の壁面上に発生する強電界のバリエーションを示す説明図（ｂ）同説明図（ｃ）同説明図（ｄ）同説明図
【図８】（ａ）本発明の実施の形態１における加熱室に水の微粒子を供給しない場合のマイクロ波の状態を概念的に示す説明図（ｂ）同加熱室に水の微粒子を供給した場合のマイクロ波の状態を概念的に示す説明図
【図９】（ａ）本発明の実施の形態１における冷凍品の解凍処理におけるマイクロ波加熱のシーケンスの一例を示すタイムチャート（ｂ）同水蒸気供給のシーケンスの一例を示すタイムチャート
【図１０】（ａ）本発明の実施の形態１における赤外線センサによる被加熱物の温度測定を示す図でスキャンの様子を示す説明図（ｂ）同スキャンにより得られるデータを示す説明図
【図１１】本発明の実施の形態１における赤外線センサによるスキャンを連続的に複数回行ったときの図１０（ｂ）におけるＬ線位置の温度分布を示す特性図
【図１２】本発明の実施の形態１における同じ初期温度で重量の異なる２つの被加熱物Ｍ１、Ｍ２を同じ条件で加熱する場合の温度変化の様子を示す特性図
【図１３】本発明の実施の形態１における蒸気供給を開始した後の加熱室内の比誘電率の変化の様子を示す特性図
【図１４】本発明の実施の形態１における被加熱物の加熱状態を概念的に示す説明図
【図１５】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波空間内の電界強度分布をＣＡＥ解析した結果で加熱室内の誘電率を空気相当の１とした場合の結果を示すイメージ図
【図１６】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波空間内の電界強度分布をＣＡＥ解析した結果で加熱室全体の誘電率を水蒸気相当の３とした場合の結果を示すイメージ図
【図１７】（ａ）本発明の実施の形態１におけるＣＡＥ解析による被加熱物の内部における等電界強度線図であって加熱室内の誘電率を空気相当の１として加熱した場合を示すイメージ図（ｂ）同加熱室全体の誘電率を水蒸気相当の３として加熱した場合を示すイメージ図
【図１８】（ａ）本発明の実施の形態１における被加熱物の加熱パターンを示す図で水蒸気の供給のないマイクロ波による加熱開始時の加熱の様子を示す説明図（ｂ）同水蒸気を供給した後の加熱の様子を示す説明図
【図１９】（ａ）本発明の実施の形態１における被加熱物内の強電界をモデル化して示す図で単にマイクロ波で加熱した場合の強電界の分布を示す説明図（ｂ）同水蒸気を供給して加熱した場合の分布を示す説明図
【図２０】本発明の実施の形態１における第１の状態と第２の状態における強電界の位置の例を示した説明図
【図２１】（ａ）本発明の実施の形態１におけるあたための加熱処理におけるマイクロ波加熱のシーケンスの一例を示すタイムチャート（ｂ）同ミスト供給のシーケンスの一例を示すタイムチャート
【図２２】（ａ）本発明の実施の形態１における加熱室内に水粒子が充満するイメージを示した図でミスト供給の一例を示す説明図（ｂ）同水蒸気供給の一例を示す説明図
【図２３】本発明の実施の形態１における赤外線センサで検出される被加熱物の最高温度と最低温度の変化を示す図でミスト供給前後の特性変化の説明図
【図２４】（ａ）本発明の実施の形態２におけるマイクロ波加熱装置の概略構成図で水粒子の密度が高い場合を示す説明図（ｂ）同密度が低い場合を示す説明図
【図２５】（ａ）本発明の実施の形態３におけるマイクロ波加熱装置の説明図で水粒子の粒子径が大きい場合を示す説明図（ｂ）同粒子径が小さい場合を示す説明図
【図２６】（ａ）本発明の実施の形態４におけるマイクロ波加熱装置の説明図で連続出力のため蒸気供給量が多い場合のシーケンスの一例を示すタイムチャート（ｂ）同断続出力のため蒸気供給量が少ない場合のシーケンスの一例を示すタイムチャート
【図２７】（ａ）本発明の実施の形態５におけるマイクロ波加熱装置の説明図で高周波出力のシーケンスの一例を示すタイムチャート（ｂ）同蒸気供給用出力のシーケンスの一例を示すタイムチャート（ｃ）同ミスト供給用出力のシーケンスの一例を示すタイムチャート
【図２８】本発明の実施の形態６におけるマイクロ波加熱装置の概略構成図で加熱室よりも上側のマイクロ波空間に水粒子を供給する様子を示す説明図
【図２９】本発明の実施の形態７におけるマイクロ波加熱装置の概略構成図で加熱室よりも下側のマイクロ波空間に水粒子を供給する様子を示す説明図
【符号の説明】
【０１３９】
１１、１０６、１２８  加熱室
１２  マイクロ波放射手段
１５  蒸気供給部（誘電率変更手段）
１８  赤外線センサ（温度検出手段）
４７、８０ａ、８０ｂ、１１１、１２７  ミスト供給部（誘電率変更手段）
５１  制御部（制御手段）
９０、９１  水粒子
１００、２００、３００、４００  マイクロ波加熱装置
１０３、１２４  マイクロ波空間
Ｆ、Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｄ  ミスト（水粒子）
Ｍ  被加熱物
Ｓ  水蒸気（水粒子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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