(57)【要約】【課題】ヒーターなどの他の熱源を用いることなく、被加熱物の両面を加熱処理できて、更には焦げ目を付けることができる、高周波加熱装置を提供すること。【解決手段】第１の表面波励振体１０３ａおよび第２の表面波励振体１０３ｂと、第１の高周波電力供給部１１０ａおよび第２の高周波電力供給部１１０ｂと、高周波電力発生部１２０を備える高周波加熱装置１００であって、第１の表面波励振体１０３ａと第２の表面波励振体１０３ｂは、被加熱物１０２を挟み込むように、互いに対向した位置に設置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電力を発生させる高周波電力発生部と、
前記高周波電力を表面波で伝播して被加熱物を加熱する複数の表面波励振体と、
前記高周波電力を前記表面波励振体に供給する高周波電力供給部と、
前記被加熱物を設置する設置台と、を備え、
前記複数の表面波励振体は、前記被加熱物を挟み込むようにそれぞれ対向した位置に設置されている、高周波加熱装置。
【請求項２】
前記複数の表面波励振体のうち、一方の表面波励振体にのみ前記高周波電力発生部から前記高周波電力を供給する、請求項１に記載の高周波加熱装置。
【請求項３】
前記複数の表面波励振体それぞれに、前記高周波電力発生部から前記高周波電力を供給する、請求項１に記載の高周波加熱装置。
【請求項４】
前記高周波電力発生部は、設定された周波数の高周波電力を発生する、周波数可変の高周波発振器である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の高周波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周期構造体を用いた表面波励振体を備えた高周波加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、周期構造体を用いた表面波励振体に高周波電力を給電して、食品等の被加熱物に加熱処理を施す高周波加熱装置に関する技術が開示されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、表面波励振体に近い側が強く加熱される表面波の特徴を活かして、表面波伝送線路へマイクロ波を供給して食品の表面に焦げ目を付けることができる高周波加熱装置が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、表面波励振体に相対する位置に輻射加熱源を設けることにより、食品の上面も加熱して、焦げ目を付けることができる加熱調理器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭５６−９８号公報
【特許文献２】特開平８−２１０６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成のうち、特に特許文献１では、表面波励振体に近い側が強く加熱される表面波の特徴を活かしているので、表面波励振体に近い部分は強く加熱され、比較的厚みが薄い食品は、十分に加熱されるが、表面波励振体から離れるにつれて加熱が弱くなるために、厚みのある食品は加熱が不十分になる可能性が大きい。また、食品の厚みに関わらず、食品の表面波励振体とは反対側の面には焦げ目を付けることが難しい。
【０００７】
また、特許文献２では、表面波励振体に相対する位置に輻射加熱源を設けて、表面波加熱では加熱が弱い部分を輻射加熱で補うことにより、食品全体を加熱することができ、更に、食品の表面波励振体の半対面にも焦げ目を付けることができるが、２種類の加熱源を装備する必要があるので構造が複雑になると共に、大きな電力を要する。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、表面波励振体を備えた高周波加熱装置に於いて、簡単な構造で、ヒーターなどの他の熱源を用いなくても、被加熱物の両面を加熱処理できる、高周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】
【０００９】
前記従来の課題を解決するため、本発明の高周波加熱装置は、高周波電力を発生させる高周波電力発生部と、前記高周波電力を表面波で伝播して前記被加熱物を加熱する複数の表面波励振体と、前記高周波電力を前記表面波励振体に供給する高周波電力供給部と、前記被加熱物を設置する設置台と、を備え、前記複数の表面波励振体は、前記被加熱物を挟み込むようにそれぞれ対向した位置に設置されている。
【００１０】
この構成により、被加熱物を挟み込むように対向した位置に設置した複数の表面波励振体に高周波電力を供給して、表面波励振体を表面波で伝播する高周波電力で被加熱物を加熱処理するので、簡単な構造で、ヒーターなどの消費電力の大きい他の熱源を用いなくて
も、被加熱物の両面を加熱処理することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の高周波加熱装置は、被加熱物を挟み込むように対向した位置に設置した複数の表面波励振体を表面波で伝播する高周波電力で被加熱物を加熱処理するので、簡単な構造で、ヒーターなどの消費電力の大きい他の熱源を用いなくても、被加熱物の両面を加熱処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１の高周波加熱装置の基本構成を示すブロック図
【図２】高周波電力供給部の構成を示すブロック図
【図３】実施の形態１の高周波加熱装置の動作を示す図
【図４】実施の形態２の高周波加熱装置の基本構成を示すブロック図
【図５】実施の形態２の高周波加熱装置の動作を示す図
【図６】実施の形態３の高周波加熱装置の基本構成を示すブロック図
【図７】実施の形態３の高周波加熱装置の動作を示す図
【図８】高周波電力の周波数を変化した時の電界の表面集中度の変化の様子を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の発明は、高周波電力を発生させる高周波電力発生部と、前記高周波電力を表面波で伝播して前記被加熱物を加熱する複数の表面波励振体と、前記高周波電力を前記表面波励振体に供給する高周波電力供給部と、前記被加熱物を設置する設置台と、を備え、前記複数の表面波励振体は、前記被加熱物を挟み込むようにそれぞれ対向した位置に設置されているので、簡単な構造で、ヒーターなどの消費電力の大きい他の熱源を用いなくても、被加熱物の両面を加熱処理することができる。
【００１４】
第２の発明は、特に第１の発明において、前記複数の表面波励振体のうち、一方の表面波励振体にのみ前記高周波電力発生部から前記高周波電力を供給するので、高周波電力供給部の数を減らすことができ、より簡素な構成で、被加熱物の両面を加熱処理できる。
【００１５】
第３の発明は、特に第１の発明において、前記複数の表面波励振体それぞれに、前記高周波電力発生部から前記高周波電力を供給するので、それぞれの表面波励振体に於ける加熱の状態をより詳細に制御することができ、被加熱物の加熱による仕上がり品質を、より向上することができる。
【００１６】
第４の発明は、特に第１ないし第３のいずれかの発明において、前記高周波電力発生部は、設定された周波数の高周波電力を発生する、周波数可変の高周波発振器であるので、表面波励振体に供給する高周波電力の周波数を可変することができるので、表面波励振体を表面波で伝播する高周波電力の伝播状態を変化させることにより、被加熱物に対する加熱の状態を、好みに応じて変化させることができる。
【００１７】
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。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における、高周波加熱装置１００の基本構成を示すブロック図である。
【００１９】
同図に示す高周波加熱装置１００は、設置台１０１に設置された被加熱物１０２を加熱処理する高周波加熱装置であって、第１の表面波励振体１０３ａおよび第２の表面波励振
体１０３ｂと、第１の高周波電力供給部１１０ａおよび第２の高周波電力供給部１１０ｂと、高周波電力発生部１２０を備えている。また、第１の表面波励振体１０３ａと第２の表面波励振体１０３ｂは、被加熱物１０２を挟み込むように、それぞれが互いに対向した位置に設置されている。
【００２０】
なお、図１において、高周波加熱装置１００は、２つの表面波励振体と、２つの高周波電力供給部と、１つの高周波電力発生部を有しているが、表面波励振体、高周波電力供給部および高周波電力発生部の数はこれに限定されるものではない。例えば、表面波励振体は４つで被加熱物を４方向から挟み込む構成であってもよいし、高周波電力発生部と高周波電力供給部は、少なくとも１つずつが一方の表面波励振体にあればよく、２つずつあってもよいし、それ以上あってもよい。
【００２１】
図１において、高周波電力発生部１２０で発生された高周波電力は、第１の高周波電力供給部１１０ａを介して第１の表面波励振体１０３ａへ、第２の高周波電力供給部１１０ｂを介して第２の表面波励振体１０３ｂへ、それぞれ供給される。そして、第１の表面波励振体１０３ａおよび第２の表面波励振体１０３ｂに供給された高周波電力は、それぞれの表面波励振体を表面波で伝播して被加熱物１０２を加熱する。なお、以下の記述では、第１の表面波励振体１０３ａおよび第２の表面波励振体１０３ｂと、第１の高周波電力供給部１１０ａおよび第２の高周波電力供給部１１０ｂを特に区別せず、表面波励振体１０３および高周波電力供給部１１０と記載する場合がある。
【００２２】
高周波電力発生部１２０は、被加熱物１０２を加熱処理するのに適した周波数（例えば、マイクロ波）とパワーを有する高周波電力を出力する高周波発信器である。例えば、マグネトロンとインバータ電源回路で構成してもよいし、固体発振器と電力増幅器で構成してもよい。
【００２３】
マグネトロンは、電波の一種である強力なノンコヒーレントマイクロ波を発生する発振用真空管の一種で、レーダーや電子レンジなどの数百ワット〜数キロワットの高出力用途に多く使われている。マグネトロンの駆動には数キロボルトの高電圧が必要である為、マグネトロンの駆動電源には一般的にインバータ電源が用いられる。インバータ電源は整流機能を有するコンバーター回路と、昇圧（もしくは降圧）機能と出力周波数変換機能を有するインバータ回路で構成された電源回路であり、照明装置やモーター制御に広く用いられている技術である。
【００２４】
一方、固体発振器はトランジスタと、コンデンサ、インダクタ、抵抗器等の高周波電子部品で帰還回路を構成した半導体発振回路であり、通信機器等の小電力出力用途の発振器に広く用いられている技術である。固体発振器から出力される高周波電力は、近年では５０ワット程度の高出力のモノもあるが、一般的には数十ミリワット〜数百ミリワット程度であり、加熱処理用途に用いる為には数百ワットの出力パワーが必要であるので、一般的には、固体発振器から出力された高周波電力をトランジスタなどの電力増幅器で増幅する。
【００２５】
高周波電力供給部１１０は、高周波電力発生部１２０で発生された高周波電力を、表面波励振体１０３に給電する電力接続部に相当する。高周波電力供給部１１０の構成については後述する。
【００２６】
表面波励振体１０３は、金属板で周期的にインピーダンス素子を配列した金属周期構造体や、誘電体板で形成される。例えば、金属周期構造体では、金属平板上に複数の金属平板を一定間隔で被加熱物に向けて立てる方向に並べたスタブ型表面波励振体や、金属平板を交叉指状に打ち抜いたインターデジタル型表面波励振体を用いることができ、誘電体板
では、アルミナ板やベークライト板を用いることができる。
【００２７】
表面波励振体１０３は、高周波電力供給部１１０を介して高周波電力発生部１２０より供給された高周波電力を表面波でその表面付近に高周波電力を集中させて伝播することができる。これにより、設置台１０１を表面波励振体１０３の近傍に設け、設置台１０１の上に被加熱物１０２を設置することにより、表面波励振体１０３によって表面付近に集中している高周波電力により、被加熱物１０２が加熱される。
【００２８】
ここで、本実施の形態に於ける第１の高周波電力供給部１１０ａおよび第２の高周波電力供給部１１０ｂの構成について図を用いて説明する。
【００２９】
図２は、第１の高周波電力供給部１１０ａの構成の一例を示すブロック図である。
【００３０】
同図では、高周波電力発生部１２０で発生された高周波電力を、方形導波管１３０を用いて、第１の高周波電力供給部１１０ａへ導いた場合の構成を示している。
【００３１】
方形導波管１３０は、最も一般的な導波管であり、断面形状が方形（一般的には長方形）である金属製の管で、主にマイクロ波の伝送に用いられる中空導波管である。電磁波は、管の中に、その形状や寸法、波長もしくは周波数に応じた電磁界を形成しながら管の中を伝播する。
【００３２】
方形導波管１３０により、高周波電力発生部１２０から伝播された高周波電力を第１の表面波励振体１０３ａに供給するためには、方形導波管１３０と第１の表面波励振体１０３ａをテーパー形状の方形導波管１３１で連結することで、接合部での反射が小さくなり、損失を小さくすることができる。第１の高周波電力供給部１１０ａは、図２の破線で示されるとおり、方形導波管１３０の一部と、テーパー形状の方形導波管１３１と、表面波励振体１０３の一部とで構成されている。
【００３３】
これにより、高周波電力発生部１２０で発生され、方形導波管１３０を介して第１の高周波電力供給部１１０ａへ導かれた高周波電力は、テーパー形状の方形導波管１３１を介して、第１の表面波励振体１０３ａへ効率良く供給される。尚、第２の高周波電力供給部１１０ｂも、第１の高周波電力供給部１１０ａと同様の構成であるので、説明は省略する。
【００３４】
以上のような構成により、本実施の形態に係る高周波加熱装置１００は、高周波電力発生部１２０で発生された高周波電力を、第１の高周波電力供給部１１０ａおよび第２の高周波電力供給部１１０ｂを介して、第１の表面波励振体１０３ａおよび第２の表面波励振体１０３ｂに供給することにより、それぞれの第１の表面波励振体１０３ａおよび第２の表面波励振体１０３ｂを表面波で伝播する高周波電力により、ヒーターなどの他の熱源を用いなくとも、設置台１０１の上に設置された被加熱物１０２の両面に加熱処理を施すことができ、更には被加熱物１０２の両面に焦げ目を付けることもできる。
【００３５】
特に、従来例のヒーターを使用する場合には、被加熱物に焦げ目を付けようとすると、消費電力が８００Ｗ〜１０００Ｗほどかかるが、本発明における高周波電力発生部を使用する場合は、消費電力が１００Ｗ〜２００Ｗ程度しかかからないので、省エネ性能にも優れている。また、ヒーターでは被加熱物の表面および内部が固めの食感となってしまうが、本発明の全体構成にて表面波励振体を使用すると、被加熱物の表面は固めでも内部は柔らかい仕上がりとなり、ヒーターを使用した場合とは異なる食感を生み出すことができる。
【００３６】
次に、上述の高周波加熱装置１００の、被加熱物１０２を加熱処理する動作について説明する。
【００３７】
図３は、図１に示した表面波励振体１０３に、高周波電力発生部１２０で発生された高周波電力を、高周波電力供給部１１０を介して供給した時の、表面波励振体１０３を表面波で伝播する高周波電力の、それぞれの表面波励振体１０３の表面付近に於ける電界強度分布の様子を模式的に示したものである。
【００３８】
図３（ａ）は、第１の表面波励振体１０３ａに、高周波電力発生部１２０で発生された高周波電力を、第１の高周波電力供給部１１０ａを介して供給した時の、第１の表面波励振体１０３ａの表面付近に於ける電界強度分布１４０ａを、図３（ｂ）は、第１の表面波励振体１０３ａに、高周波電力発生部１２０で発生された高周波電力を、第１の高周波電力供給部１１０ａを介して供給して、設置台１０１に被加熱物１０２を設置した時の、第１の表面波励振体１０３ａの表面付近に於ける電界強度分布１４０ｂにより被加熱物１０２が加熱される様子を、図３（ｃ）は、第１の表面波励振体１０３ａに対して被加熱物１０２を挟み込むように第２の表面波励振体１０３ｂを配置し、高周波電力発生部１２０で発生された高周波電力を、第１の表面波励振体１０３ａに第１の高周波電力供給部１１０ａを介して供給すると共に、第２の表面波励振体１０３ｂに第２の高周波電力供給部１１０ｂを介して供給して、設置台１０１に被加熱物１０２を設置した時の、第１の表面波励振体１０３ａおよび第２の表面波励振体１０３ｂの表面付近に於ける電界強度分布１４０ｃにより被加熱物１０２が加熱される様子を、それぞれ示している。
【００３９】
ここで、電界強度分布１４０ａ、１４０ｂ、および１４０ｃは、色の濃淡で電界の強弱を表しており、色が濃いほどに電界が強いことを示している。
【００４０】
図３（ａ）に示すように、第１の表面波励振体１０３ａへ高周波電力発生部１２０で発生された高周波電力を第１の高周波電力供給部１１０ａを介して供給すると、第１の表面波励振体１０３ａへ供給された高周波電力は、表面波で第１の表面波励振体１０３ａを伝播することにより、第１の表面波励振体１０３ａの表面付近に於ける電界強度分布１４０ａは、第１の表面波励振体１０３ａの表面近傍の電界が強くなり、第１の表面波励振体１０３ａの表面から遠ざかるにつれて電界は指数関数的に弱くなる分布となる。
【００４１】
また、図３（ｂ）に示すように、設置台１０１に被加熱物１０２を設置した状態で、第１の表面波励振体１０３ａに、高周波電力発生部１２０で発生された高周波電力を、第１の高周波電力供給部１１０ａを介して供給すると、第１の表面波励振体１０３ａの表面付近の電界強度分布１４０ｂは、前述の図３（ａ）と同様に、第１の表面波励振体１０３ａの表面近傍の電界が強くなり、第１の表面波励振体１０３ａの表面から遠ざかるにつれて電界は弱くなる分布となるので、被加熱物１０２の第１の表面波励振体１０３ａに近い部分（被加熱物１０２の下面部分）が集中的に強く加熱され、第１の表面波励振体１０３ａから遠い部分（被加熱物１０２の上面部分）は非常に弱く加熱されるか、殆ど加熱されない状態となる。
【００４２】
更に、図３（ｃ）に示すように、設置台１０１に被加熱物１０２を設置した状態で、第１の表面波励振体１０３ａに対して被加熱物１０２を挟み込むように第２の表面波励振体１０３ｂを配置し、高周波電力発生部１２０で発生された高周波電力を、第１の高周波電力供給部１１０ａを介して第１の表面波励振体１０３ａへ、第２の高周波電力供給部１１０ｂを介して第２の表面波励振体１０３ｂへ、それぞれ供給すると、第１の表面波励振体１０３ａと第２の表面波励振体１０３ｂで挟まれた空間の電界強度分布１４０ｃは、第１の表面波励振体１０３ａおよび第２の表面波励振体１０３ｂの表面近傍の電界が強くなり、表面から遠ざかるにつれて電界は弱くなる分布となるので、被加熱物１０２の、それぞ
れの第１の表面波励振体１０３ａおよび第２の表面波励振体１０３ｂに近い部分（被加熱物１０２の上面および下面部分）が集中的に強く加熱され、第１の表面波励振体１０３ａおよび第２の表面波励振体１０３ｂに挟まれた空間の中間部分（被加熱物１０２の中間層部分）は弱く加熱される状態となる。これにより、設置台１０１に設置された被加熱物１０２の両面に加熱処理を施すことができ、更には、被加熱物１０２の上面および下面部分に主に焦げ目を付けることができる。
【００４３】
また、複数の表面波励振体１０３に、励振周波数を同じくする表面波励振体を用いることにより、装置の設計が容易になると共に、それぞれの表面波励振体による加熱状態のバランスが取れて、仕上がり品質を向上することができる。
【００４４】
表面波励振体は、使用する材料や物理的な構造寸法などにより、その励振周波数が決まる。例えば、前述した、スタブ型表面波励振体では、金属平板上に並べられた複数の金属平板の高さ寸法や、金属平板の間隔寸法などを変化させることで、表面波励振体の励振周波数を変化させることができ、所望の励振周波数を有する表面波励振体を形成することができる。なお、原則的には、表面波励振体の励振周波数は、金属平板の高さ寸法を低くするほど高くなり、金属平板の間隔寸法を小さくするほど高くなるので、このように金属平板の調整をすることで所望の励振周波数を有する表面波励振体を形成することができる。
【００４５】
本発明においては、上記のように表面波励振体の励振周波数を調整して、複数の表面波励振体１０３に、励振周波数を同じくする表面波励振体を用いてもよい。
【００４６】
なお、図１の高周波加熱装置１００では、第１の表面波励振体１０３ａおよび第２の表面波励振体１０３ｂに対して、第１の高周波電力供給部１１０ａおよび第２の高周波電力供給部１１０ｂを同一方向に設けて、高周波電力発生部１２０からの高周波電力を同一方向から供給するよう記載しているが、第１の表面波励振体１０３ａおよび第２の表面波励振体１０３ｂへの高周波電力を供給する方向は、逆方向やその他の方向でも構わない。
【００４７】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２を、図面を参照しながら説明する。
【００４８】
なお、本実施の形態２の説明において、前述の実施形態１と同じ機能を有する構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。また、前述の実施の形態１と同じ作用効果を有する内容についても、説明を省略する。
【００４９】
図４は、本発明の実施の形態２に係る、高周波加熱装置２００の構成を示すブロック図である。
【００５０】
同図に示す高周波加熱装置２００は、図１に示した実施の形態１に係る高周波加熱装置１００と比較して、第１の表面波励振体１０３ａおよび第２の表面波励振体１０３ｂに代わり第１の表面波励振体２０３ａおよび第２の表面波励振体２０３ｂを備え、第１の高周波電力供給部１１０ａおよび第２の高周波電力供給部１１０ｂに代わり高周波電力供給部２１０を備え、高周波電力発生部１２０に代わり高周波電力発生部２２０を備える。
【００５１】
なお、図４において、高周波加熱装置２００は、２つの表面波励振体と、１つの高周波電力供給部と、１つの高周波電力発生部を有しているが、実施の形態１と同様に、表面波励振体、高周波電力供給部および高周波電力発生部の数はこれに限定されるものではない。
【００５２】
高周波電力発生部２２０で発生された高周波電力は、高周波電力供給部２１０を介して
第１の表面波励振体２０３ａへ供給される。そして、第１の表面波励振体２０３ａに供給された高周波電力は、第１の表面波励振体２０３ａを表面波で伝播して被加熱物１０２を加熱すると共に、第１の表面波励振体２０３ａを表面波で伝播する高周波電力の一部が、空間結合により、第１の表面波励振体２０３ａに対して対向した位置に配置された第２の表面波励振体２０３ｂにも高周波電力が供給され、第２の表面波励振体２０３ｂを表面波で伝播して被加熱物１０２を加熱する。また、以下では、第１の表面波励振体２０３ａおよび第２の表面波励振体２０３ｂを特に区別せず、表面波励振体２０３と記載する場合がある。
【００５３】
なお、表面波励振体２０３と、高周波電力供給部２１０と、高周波電力発生部２２０のそれぞれの構成は、前述した実施の形態１で説明した、表面波励振体１０３と高周波電力供給部１１０と高周波電力発生部１２０の構成と同一であるので、説明は省略する。
【００５４】
以上のような構成により、本実施の形態に係る高周波加熱装置２００は、高周波電力発生部２２０で発生された高周波電力を、高周波電力供給部２１０を介して、被加熱物１０２を挟み込むように配置した、第１の表面波励振体２０３ａと第２の表面波励振体２０３ｂの内の、一方の表面波励振体である、第１の表面波励振体２０３ａにのみ供給することにより、第１の表面波励振体２０３ａおよび第２の表面波励振体２０３ｂを表面波で伝播する高周波電力により、簡素な構成で、ヒーターなどの他の熱源を用いることなく、設置台１０１の上に設置された被加熱物１０２の両面に加熱処理を施すことができ、更には被加熱物１０２の両面に焦げ目を付けることもできる。
【００５５】
次に、上述の高周波加熱装置２００の、被加熱物１０２を加熱処理する動作について説明する。
【００５６】
図５は、図４に示した第１の表面波励振体２０３ａに、高周波電力発生部２２０で発生された高周波電力を、高周波電力供給部２１０を介して供給した時の、第１の表面波励振体２０３ａおよび第２の表面波励振体２０３ｂをそれぞれ表面波で伝播する高周波電力と、第１の表面波励振体２０３ａおよび第２の表面波励振体２０３ｂの表面近傍に於ける電界の強度分布の様子を模式的に示したものである。
【００５７】
図５に示すように、第１の表面波励振体２０３ａへ高周波電力発生部２２０で発生された高周波電力を高周波電力供給部２１０を介して供給すると、第１の表面波励振体２０３ａを表面波で伝播する高周波電力２５０ａにより、第１の表面波励振体２０３ａの表面近傍に電界が集中する電界分布２４０ａが形成されると共に、電波の空間結合により、被加熱物１０２を挟み込むように、第１の表面波励振体２０３ａに対向した位置に配置された第２の表面波励振体２０３ｂに、第１の表面波励振体２０３ａを表面波で伝播する高周波電力２５０ａの一部が供給され、第２の表面波励振体２０３ｂを表面波で伝播する高周波電力２５０ｂにより、第２の表面波励振体２０３ｂの表面近傍に電界が集中する電界分布２４０ｂが形成される。
【００５８】
これにより、被加熱物１０２を挟み込むように対向した位置に配置した表面波励振体２０３の内の片側の表面波励振体のみに高周波電力を供給することで、双方の第１の表面波励振体２０３ａおよび第２の表面波励振体２０３ｂを高周波電力が表面波で伝播し、ヒーターなどの他の熱源を用いなくとも、設置台１０１に設置された被加熱物１０２の両面に加熱処理を施すことができ、更には被加熱物１０２の両面に焦げ目を付けることもできる。
【００５９】
特に、従来例のヒーターを使用する場合には、被加熱物に焦げ目を付けようとすると、消費電力が８００Ｗ〜１０００Ｗほどかかるが、本発明における高周波電力発生部を使用
する場合は、消費電力が１００Ｗ〜２００Ｗ程度しかかからないので、省エネ性能にも優れている。また、ヒーターでは被加熱物の表面および内部が固めの食感となってしまうが、本発明に全体構成で表面波励振体を使用すると、被加熱物の表面は固めでも内部は柔らかい仕上がりとなり、ヒーターを使用した場合とは異なる食感を生み出すことができる。
【００６０】
ここで、図４の高周波加熱装置２００では、高周波電力発生部２２０からの高周波電力を高周波電力供給部２１０を介して、被加熱物１０２の下面方向に位置する第１の表面波励振体２０３ａに供給するよう記載しているが、被加熱物１０２の上面方向に位置する第２の表面波励振体２０３ｂに供給するように構成しても構わない。
【００６１】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３を、図面を参照しながら説明する。
【００６２】
なお、本実施の形態３の説明において、前述の実施の形態１もしくは実施の形態２と同じ機能を有する構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。また、前述の実施の形態１もしくは実施の形態２と同じ作用を有する内容についても、説明を省略する。
【００６３】
図６は、本発明の実施の形態３に係る、高周波加熱装置３００の構成を示すブロック図である。
【００６４】
同図に示す高周波加熱装置３００は、図１に示した実施の形態１に係る高周波加熱装置１００と比較して、第１の表面波励振体１０３ａおよび第２の表面波励振体１０３ｂに代わり第１の表面波励振体３０３ａおよび第２の表面波励振体３０３ｂを備え、第１の高周波電力供給部１１０ａおよび第２の高周波電力供給部１１０ｂに代わり第１の高周波電力供給部３１０ａおよび第２の高周波電力供給部３１０ｂを備え、高周波電力発生部１２０に代わり第１の高周波電力発生部３２０ａおよび第２の高周波電力発生部３２０ｂを備える。なお、図６において、高周波加熱装置３００は、２つの表面波励振体と、２つの高周波電力供給部と、２つの高周波電力発生部を有しているが、表面波励振体、高周波電力供給部および高周波電力発生部の数はこれに限定されるものではない。
【００６５】
第１の高周波電力発生部３２０ａで発生された高周波電力は、第１の高周波電力供給部３１０ａを介して第１の表面波励振体３０３ａへ供給される。そして、第１の表面波励振体３０３ａに供給された高周波電力は、第１の表面波励振体３０３ａを表面波で伝播して被加熱物１０２を加熱すると共に、第１の表面波励振体３０３ａを表面波で伝播する高周波電力の一部が、空間結合により、第１の表面波励振体３０３ａに対して対向した位置に配置された第２の表面波励振体３０３ｂにも高周波電力が供給され、第２の表面波励振体３０３ｂを表面波で伝播して被加熱物１０２を加熱する。
【００６６】
一方、第２の高周波電力発生部３２０ｂで発生された高周波電力は、第２の高周波電力供給部３１０ｂを介して第２の表面波励振体３０３ｂへ供給される。そして、第２の表面波励振体３０３ｂに供給された高周波電力は、第２の表面波励振体３０３ｂを表面波で伝播して被加熱物１０２を加熱すると共に、第２の表面波励振体３０３ｂを表面波で伝播する高周波電力の一部が、空間結合により、第２の表面波励振体３０３ｂに対して対向した位置に配置された第１の表面波励振体３０３ａにも高周波電力が供給され、第１の表面波励振体３０３ａを表面波で伝播して被加熱物１０２を加熱する。
【００６７】
また、以下では、第１の表面波励振体３０３ａおよび第２の表面波励振体３０３ｂと、第１の高周波電力供給部３１０ａおよび第２の高周波電力供給部３１０ｂと、第１の高周波電力発生部３２０ａおよび第２の高周波電力発生部３２０ｂとを特に区別せず、表面波励振体３０３、高周波電力供給部３１０および高周波電力発生部３２０と記載する場合が
ある。
【００６８】
なお、表面波励振体３０３と、高周波電力供給部３１０と、高周波電力発生部３２０のそれぞれの構成は、前述した実施の形態１で説明した、表面波励振体１０３と高周波電力供給部１１０と高周波電力発生部１２０の構成と同一であるので、説明は省略する。
【００６９】
以上のような構成により、本実施の形態に係る高周波加熱装置３００は、第１の表面波励振体３０３ａと第２の表面波励振体３０３ｂを被加熱物１０２を挟み込むように対向した位置に配置して、第１の高周波電力発生部３２０ａで発生された高周波電力を、第１の高周波電力供給部３１０ａを介して、第１の表面波励振体３０３ａに供給し、第２の高周波電力発生部３２０ｂで発生された高周波電力を、第２の高周波電力供給部３１０ｂを介して、第２の表面波励振体３０３ｂに供給することにより、第１の表面波励振体３０３ａおよび第２の表面波励振体３０３ｂを表面波で伝播する高周波電力により、ヒーターなどの他の熱源を用いることなく、設置台１０１の上に設置された被加熱物１０２の両面に加熱処理を施すことができ、更には被加熱物１０２の両面に焦げ目を付けることもできる。
【００７０】
次に、上述の高周波加熱装置３００の、被加熱物１０２を加熱処理する動作について説明する。
【００７１】
図７は、図６に示したそれぞれの第１の表面波励振体３０３ａおよび第２の表面波励振体３０３ｂに、第１の高周波電力発生部３２０ａおよび第２の高周波電力発生部３２０ｂで発生された高周波電力を、第１の高周波電力供給部３１０ａおよび第２の高周波電力供給部３１０ｂを介して供給した時の、第１の表面波励振体３０３ａおよび第２の表面波励振体３０３ｂをそれぞれ表面波で伝播する高周波電力と、第１の表面波励振体３０３ａおよび第２の表面波励振体３０３ｂの表面近傍に於ける電界の強度分布の様子を模式的に示したものである。
【００７２】
図７に示すように、第１の高周波電力発生部３２０ａで発生された高周波電力を、第１の高周波電力供給部３１０ａを介して第１の表面波励振体３０３ａへ供給すると、前述の実施の形態２と同様に、第１の表面波励振体３０３ａを表面波で伝播する高周波電力３５０ａにより、第１の表面波励振体３０３ａの表面近傍に電界が集中する電界分布が形成されると共に、電波の空間結合により、第２の表面波励振体３０３ｂにも、第１の表面波励振体３０３ａを表面波で伝播する高周波電力３５０ａの一部が供給され、第２の表面波励振体３０３ｂを表面波で伝播する高周波電力３５０ｂにより、第２の表面波励振体３０３ｂの表面近傍にも電界が集中する電界分布が形成される。
【００７３】
同様に、第２の高周波電力発生部３２０ｂで発生された高周波電力を、第２の高周波電力供給部３１０ｂを介して第２の表面波励振体３０３ｂへ供給すると、第２の表面波励振体３０３ｂを表面波で伝播する高周波電力３５０ｃにより、第２の表面波励振体３０３ｂの表面近傍に電界が集中する電界分布が形成されると共に、電波の空間結合により、第１の表面波励振体３０３ａにも、第２の表面波励振体３０３ｂを表面波で伝播する高周波電力３５０ｃの一部が供給され、第１の表面波励振体３０３ａを表面波で伝播する高周波電力３５０ｄにより、第１の表面波励振体３０３ａの表面近傍にも電界が集中する電界分布が形成される。
【００７４】
従って、第１の表面波励振体３０３ａを表面波で伝播する高周波電力３５１ａは、第１の高周波電力発生部３２０ａから供給された高周波電力３５０ａと、第２の表面波励振体３０３ｂから空間結合により供給された高周波電力３５０ｄとの和となり、第１の表面波励振体３０３ａの表面近傍の電界分布３４３ａも、第１の高周波電力発生部３２０ａから供給された高周波電力３５０ａにより形成される電界強度分布と、第２の表面波励振体３
０３ｂから空間結合により供給された高周波電力３５０ｄにより形成される電界強度分布との和となって形成される。
【００７５】
同様に、第２の表面波励振体３０３ｂを表面波で伝播する高周波電力３５１ｂは、第２の高周波電力発生部３２０ｂから供給された高周波電力３５０ｃと、第１の表面波励振体３０３ａから空間結合により供給された高周波電力３５０ｂとの和となり、第２の表面波励振体３０３ｂの表面近傍の電界分布３４３ｂも、第２の高周波電力発生部３２０ｂから供給された高周波電力３５０ｃにより形成される電界強度分布と、第１の表面波励振体３０３ａから空間結合により供給された高周波電力３５０ｂにより形成される電界強度分布との和となって形成される。
【００７６】
これにより、被加熱物１０２を挟み込むように対向した位置に配置した第１の表面波励振体３０３ａおよび第２の表面波励振体３０３ｂそれぞれに高周波電力を供給することで、第１の表面波励振体３０３ａおよび第２の表面波励振体３０３ｂ双方を表面波で伝播する高周波電力３５１ａおよび３５１ｂのバランスの状態を変化させることができるので、加熱ムラや加熱加減を変化させることができ、設置台１０１に設置された被加熱物１０２の両面に、バランスの良い、多彩な加熱処理を施すことができ、更には被加熱物１０２の両面に焦げ目を付けることもできる。
【００７７】
ここで、図６の高周波加熱装置３００では、第１の表面波励振体３０３ａおよび第２の表面波励振体３０３ｂに対して、第１の高周波電力供給部３１０ａおよび第２の高周波電力供給部３１０ｂを同一方向に設けて、第１の高周波電力発生部３２０ａおよび第２の高周波電力発生部３２０ｂからの高周波電力を同一方向から供給するよう記載しているが、それぞれの表面波励振体３０３ａおよび３０３ｂへの高周波電力を供給する方向は、逆方向やその他の方向でも構わない。
【００７８】
また、図１に示す実施の形態１の高周波加熱装置１００、図４に示す実施の形態２の高周波加熱装置２００、図６に示す実施の形態３の高周波加熱装置３００に於いて、図示はしないが、高周波電力発生部１２０、２２０、３２０ａおよび３２０ｂは、設定された周波数の高周波電力を発生する、周波数可変の高周波発振器であってもよい。
【００７９】
周波数可変の高周波発振器は、前述した半導体発振回路を構成する共振回路の共振周波数を決める素子に電圧可変素子（例えば、バラクターダイオードなど）を用いることで実現でき、一般的にはＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）と呼ばれる。ＶＣＯの技術に関しては公知であるので、詳細な説明は省略する。この場合には、制御部を設けるなどにより、ＶＣＯに周波数に対応する電圧情報を供給することにより、周波数を変更することができる。
【００８０】
また更に、基準信号発生器と位相比較器を備えたＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）発振器を構成しても構わない。ＰＬＬ発振器の技術に関しては公知であるので、詳細な説明は省略する。この場合には、制御部を設けるなどにより、位相比較器に周波数に対応する情報信号を供給することにより、周波数を変更することができる。
【００８１】
表面波励振体に供給する高周波電力の周波数を変化させることにより、表面波励振体の表面近傍に形成される電界の強度分布を変化させることができる。
【００８２】
図８は、表面波励振体に供給する高周波電力の周波数を変化した時の、表面波励振体の表面近傍に形成される電界の表面集中度の変化の様子を示す図である。同図は、表面波励振体に供給する高周波電力の周波数と、表面波励振体の励振周波数との関係に於ける、表面波励振体の表面からの距離に対する電界強度の大きさをグラフで示すもので、横軸は表
面波励振体の表面からの距離を、縦軸は電界強度の大きさを示していて、グラフの傾斜が大きいほど表面波励振体の表面に電界が集中していることを意味する。
【００８３】
図８（ａ）は、表面波励振体に供給する高周波電力の周波数（ｆｐ）が表面波励振体の励振周波数（ｆｃ）よりも低い時の、表面波励振体の表面からの距離に対する電界強度の大きさのグラフ４０１を、図８（ｂ）は、表面波励振体に供給する高周波電力の周波数（ｆｐ）が表面波励振体の励振周波数（ｆｃ）とほぼ等しい時の、表面波励振体の表面からの距離に対する電界強度の大きさのグラフ４０２を、図８（ｃ）は、表面波励振体に供給する高周波電力の周波数（ｆｐ）が表面波励振体の励振周波数（ｆｃ）よりも高い時の、表面波励振体の表面からの距離に対する電界強度の大きさのグラフ４０３を、それぞれ示している。
【００８４】
図８（ｂ）に示すように、表面波励振体に供給する高周波電力の周波数（ｆｐ）を表面波励振体の励振周波数（ｆｃ）とほぼ等しい周波数にすると、表面波励振体の表面からの距離に対する電界強度の大きさのグラフ４０２の傾斜が最も大きくなり、表面波励振体の表面に電界が最も集中、即ち、表面波励振体の表面近傍の電界強度が非常に大きく、表面波励振体の表面から遠ざかるにつれて急激に電界強度が小さくなるので、被加熱物の表面を集中的に加熱して、焦げ目を付けるのに適している。
【００８５】
また、図８（ａ）に示すように、表面波励振体に供給する高周波電力の周波数（ｆｐ）を表面波励振体の励振周波数（ｆｃ）より低い周波数にすると、表面波励振体の表面からの距離に対する電界強度の大きさのグラフ４０１の傾斜が緩やかになり、表面波励振体の表面への電界の集中度が小さくなる、即ち、表面波励振体の表面近傍の電界強度は大きいものの、表面波励振体の表面から遠ざかっても急激な電界強度の低下は無く表面波励振体の表面から少し離れた所まで高周波電力が届くので、被加熱物が焦げない程度に強く加熱するのに適している。
【００８６】
また、図８（ｃ）に示すように、表面波励振体に供給する高周波電力の周波数（ｆｐ）を表面波励振体の励振周波数（ｆｃ）より高い周波数にすると、表面波励振体の表面からの距離に対する電界強度の大きさのグラフ４０３の傾斜はほぼゼロになり、電界は表面波励振体の表面に全く集中しなくなる、即ち、表面波励振体に供給された高周波電力は、表面波励振体を表面波で伝播することなく、空間へ放射されている状態を意味するので、被加熱物全体を比較的万遍なく加熱するのに適している。
【００８７】
このように、図１に示す実施の形態１の高周波加熱装置１００に於ける高周波電力発生部１２０、図４に示す実施の形態２の高周波加熱装置２００に於ける高周波電力発生部２２０、図６に示す実施の形態３の高周波加熱装置３００に於ける第１の高周波電力発生部３２０ａおよび第２の高周波電力発生部３２０ｂに、周波数可変の高周波発振器を用いることにより、加熱パターンを自在に変化させる事ができ、設置台１０１に設置された被加熱物１０２の両面に、多彩な仕上がりで、加熱処理を施すことができ、更には適度な焦げ目を付けることができる。
【００８８】
なお、実施の形態１〜３における高周波加熱装置は、一般的な調理用の電子レンジと同様の基本構成としてもよい。すなわち、略直方体状の筐体内部に被加熱物を加熱する加熱室を設け、加熱室内に高周波電力を供給するマグネトロンなどで構成される高周波電力発生部を筐体下部や筐体側部に設け、高周波電力発生部のマイクロ波が加熱室内に供給される導波管をさらに設け、加熱室の下部や背部あるいは上部に加熱部としての表面波励振体を設け、さらには加熱室を開閉するためのドアを筐体前面に設置し、ドアの周囲に電磁波漏れを防止するためのドアチョーク溝を設けるといった全体構造としてもよい。
【００８９】
以上、本発明に係る高周波加熱装置について、各実施の形態に基づき説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、表面波励振体に高周波電力を供給することにより被加熱物を加熱処理する高周波加熱装置において、簡単な構造で、ヒーターなどの他の熱源を用いなくでも、被加熱物の両面を加熱処理できて、更には焦げ目を付けることもできるため、マイクロ波加熱機などの調理家電等として有用である。
【符号の説明】
【００９１】
１００、２００、３００  高周波加熱装置
１０１  設置台
１０２  被加熱物
１０３ａ、２０３ａ、３０３ａ  第１の表面波励振体
１０３ｂ、２０３ｂ、３０３ｂ  第２の表面波励振体
１１０  高周波電力供給部
１１０ａ、３１０ａ  第１の高周波電力供給部
１１０ｂ、３１０ｂ  第２の高周波電力供給部
１２０、２２０  高周波電力発生部
１３０  方形導波管
１３１  テーパー形状の方形導波管
１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、２４０ａ、２４０ｂ、３４３ａ、３４３ｂ  電界強度分布
２１０  高周波電力供給部
２５０ａ，２５０ｂ  高周波電力
３２０  高周波電力発生部
３２０ａ  第１の高周波電力発生部
３２０ｂ  第２の高周波電力発生部
３５０ａ，３５０ｂ，３５０ｃ，３５０ｄ，３５１ａ，３５１ｂ  高周波電力
【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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