(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正負極の電極板間に立体の処理対象物を介在させて誘電加熱を行う高周波誘電加熱装置において、
前記正負極の電極板間に供給する高周波電力を生成する高周波発生部と、
前記正負極のうちの正極の電極板を有する第１電極部を取付ける取付部を先端に備え、前記第１電極部の位置及び向きが変更可能なロボットアームと、
前記ロボットアームを駆動させて、前記第１電極部の位置及び向きを前記処理対象物の表面形状に応じて変更させる駆動制御部とを備え、
前記第１電極部は、前記ロボットアームの前記取付部に取り付けられたシールド板と、前記シールド板と並行に配置された前記正極の電極板と、前記シールド板と前記正極の電極板との間に介在された絶縁材からなる支柱とを備え、
前記シールド板は、前記取付部との間に介在される力覚センサ、前記シールド板に取り付けられる形状検出手段及び温度センサのうち、少なくとも１つを備えたことを特徴とする高周波誘電加熱装置。
【請求項２】
前記正極の電極板は負極の電極板に比して小サイズであることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項３】
前記高周波発生部は、高周波発振器と整合器とを含み、
前記整合器は、前記ロボットアームに取付けられる請求項１又は２に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項４】
前記力覚センサは、前記処理対象物との当接時における前記正極の電極板への反力を検出するもので、
前記駆動制御部は、前記力覚センサの検出結果に応じて前記第１電極部の位置及び向きを変更させる請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項５】
前記形状検出手段は、前記処理対象物の表面形状を検出するもので、
前記駆動制御部は、前記形状検出手段の検出結果に応じて前記第１電極部の位置及び向きを変更させる請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項６】
前記温度センサは、前記処理対象物の温度を測定するもので、
前記駆動制御部は、前記温度センサの検出結果に応じて前記第１電極部の位置及び向きを変更させる請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項７】
前記第１電極部は、前記支柱の先端に磁石板が取り付けられ、前記正極の電極板は、前記磁石板に吸着して前記支柱に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項８】
前記取付部は、前記処理対象物を支持する支持部を備える請求項１〜７のいずれかに記載の高周波誘電加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波（１ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚ）を用いて、木材、プラスチック、食品、セラミック、繊維、紙、ゴム、シリコン等の誘電体や半導体の処理対象物を加熱する高周波誘電加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高周波による誘電加熱現象を利用して、対象物に対して加熱し、さらに加熱を通して乾燥処理、殺菌処理、解凍処理また接着処理等を施したりする高周波誘電加熱装置が知られている。高周波誘電加熱装置は、対向する所定サイズの電極板間に対象物を挟んだ状態で高周波電力を供給して誘電加熱によって対象物を加熱などするものである。加熱対象物としては直方体や柱状等の定形品も少なくない一方、複雑な形状の対象物もあり、特に後者の対象物に対する加熱処理は容易ではない。
【０００３】
特許文献１には、解凍室内に所定サイズの下部電極板及び上部電極板を備え、高周波発振部と制御手段から下部電極板上に載置された冷凍食品に高周波電界を与える高周波解凍装置が記載されている。この高周波解凍装置は、解凍物との距離が近いと、当該部位に電界が集中して誘電率が上昇し、更に加熱とその集中が進行する傾向にある。そこで、解凍中に解凍状態検知手段による温度検知を行い、その検知出力を基に少なくとも小サイズの上部電極板を、電極板駆動手段により前後左右方向あるいは上下方向に移動させて均一な解凍を行い、冷凍食品の形状によらず、均一な解凍を短時間で実現するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５９０６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された高周波解凍装置は、解凍室内の、冷凍食品の直ぐ上方の領域で小サイズの上部電極板を前後左右にスライドさせ、また上下方向へのスライドをさせるに過ぎず、冷凍食品の表面形状に対応させたものではない。従って、かかるスライド方式では、均一解凍にも一定の限界がある。一方、従来、解凍物を反転、回転させることで、部分加熱を緩和するものが知られていたが、そのための構成、制御が更に必要となっていた。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、電極板の位置と向きとを処理対象物の表面形状に応じて変更して、処理対象物のより均一な誘電加熱を実現する高周波誘電加熱装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、正負極の電極板間に立体の処理対象物を介在させて誘電加熱を行う高周波誘電加熱装置において、前記正負極の電極板間に供給する高周波電力を生成する高周波発生部と、少なくとも一方の電極板である第１電極板を取付ける取付部を先端に備え、前記第１電極板の位置及び向きが変更可能なロボットアームと、前記ロボットアームを駆動させて、前記第１電極板の位置及び向きを前記処理対象物の表面形状に応じて変更させる駆動制御部とを備えたものである。
【０００８】
本発明によれば、正負極の電極板間に立体の処理対象物を介在させて高周波電力を印加することで誘電加熱が行われる。電極板の一方である第１電極板は、ロボットアームの先端の取付部を介してロボットアームに取付けられ、駆動制御部によって、立体の処理対象物の表面形状に応じて位置及び向き（姿勢）が変更制御される。従って、処理対象物の形状が複雑な場合であっても、表面形状に応じて、例えば表面形状と平行になるように当接し、あるいは近接して第１電極板の位置と向きとが設定されるので、より均一な誘電加熱が可能となる。なお、処理対象物の形状が予めデータとして入力されているような態様を考慮すれば、表面形状を検出するための、例えば距離センサは必須ではない。
【０００９】
また、前記正負極の電極板の内、前記第１電極板は他方の第２電極板に比して小サイズであることを特徴とする。この構成によれば、小サイズ側の第１電極板をロボットアームによって処理対象物の表面形状に対して位置、向きの変更が可能となることから、加熱部位の偏在の発生が抑制可能となる。
【００１０】
また、前記第１電極板を負極とすれば、第１電極板を取付けるロボットアームを接地するだけの構造で済むので、正極にする場合のような高圧絶縁構造は不要となる。
【００１１】
また、前記高周波発生部は、高周波発振器と整合器とを含み、前記整合器は、前記ロボットアームに取付けられる。この構成によれば、整合器と負荷側との距離を短縮し得るので、負荷側とのインピーダンスマッチングが安定化され、またエネルギーロスが抑制される。
【００１２】
また、前記処理対象物の表面形状を検出する形状検出手段を備え、前記駆動制御部は、前記形状検出手段の検出結果に応じて前記第１電極板の位置及び向きを変更させる。この構成によれば、第１電極板の位置及び向きが処理対象物の表面形状に沿って設定可能となる。特に、加熱処理の経過に応じて、あるいは第１電極板を当接する結果、処理対象物の表面形状が変化する場合には有効となる。
【００１３】
また、前記処理対象物との当接時における前記第１電極板への反力を検出する力覚センサを備え、前記駆動制御部は、前記力覚センサの検出結果に応じて前記第１電極板の位置及び向きを変更させる。この構成によれば、第１電極板を所定の押圧力で処理対象物の表面に当接することが可能となるため、より均一加熱処理が期待される。
【００１４】
また、前記処理対象物の温度を測定する温度センサを備え、前記駆動制御部は、前記温度センサの検出結果に応じて前記第１電極板の位置及び向きを変更させる。この構成によれば、加熱動作の不十分な部位を検出可能となるので、より均一加熱処理が期待される。
【００１５】
また、前記取付部が複数の形状の電極板を交換可能に取付ける構成を有する場合、処理対象物のサイズ、形状、あるいは加熱処理途中で適宜に好適な種類（サイズ、形状など）の電極板に交換することが可能となり、加熱効率の改善が期待される。特に、電極板の位置のみならず、向きを設定する構成であるため、位置や用途に応じて交換可能とする構造は好ましい。
【００１６】
また、前記取付部が前記処理対象物を支持する支持部を備える場合、処理対象物の種類によっては、加熱処理によって形状変化などを生じる場合があり、かかる場合に、処理対象物を支持する構成を備えることで、加熱処理の安定した継続が図れる。
【００１７】
また、前記取付部が、更に前記第２電極板を取付けるものである場合、ロボットアームの先端部分に処理対象物が把持されるようになるため、ロボットアームの向きを変更するなどして処理対象物の姿勢をも調整することで、より好適な加熱処理が可能となる。
【００１８】
また、前記ロボットアームは、第１、第２のロボットアームを有し、前記第１のロボットアームは、前記第１電極板が正極として取付けられ、前記第２のロボットアームは、前記他方側の電極板である前記第２電極板が負極として取付けられ、前記駆動制御部は、前記第１、第２のロボットアームを駆動する。この構成によれば、正極側と負極側の各電極板が、処理対象物に対して位置及び向きの変更を伴うため、より均一で効果的な加熱処理が可能となる。
【００１９】
また、前記ロボットアームは、第１、第２のロボットアームを有し、前記第１電極板は、前記第１ロボットアーム用第１電極板と、第２のロボットアーム用第１電極板とからなり、
前記第１ロボットアーム用第１電極板は、前記第１のロボットアームに取付けられ、負極及び正極の一方とされ、前記第２ロボットアーム用第１電極板は、前記第２のロボットアームに取付けられ、前記第１ロボットアーム用第１電極板と同極とされてなり、前記駆動制御部は、前記第１、第２のロボットアームを駆動する。この構成によれば、２個の電極板を併用して加熱処理を施すため、より均一で効果的な加熱処理が可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、電極板の位置と向きとを処理対象物の表面形状に応じて変更することで処理対象物をより均一に誘電加熱できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る高周波誘電加熱装置の一実施形態成の構成図で、（ａ）は全体の外観図、（ｂ）は第１電極部の構成を示す斜視図である。
【図２】高周波誘電加熱装置の制御系を含めた全体構成図である。
【図３】第１電極部の構成の配線構造の一例を示す部分図である。
【図４】第１電極部の構成の配線構造の一例を示す部分図である。
【図５】処理対象物に対する第１電極部の姿勢変更の一例を示す図である。
【図６】第１電極板が処理対象物より小サイズの場合における局部加熱及び加熱状態を示す図である。
【図７】加熱状態を非接触で検知する構成図で、（ａ）は別部位に放射温度計を取り付けた図、（ｂ）、（ｃ）は第１電極部に放射温度計を取り付けた図である。
【図８】（ａ）は第１電極板の他の種類への交換可能構造を説明する図で、（ｂ）（ｃ）は、サイズの異なる第１電極板を取付けた状態の図である。
【図９】第１電極板の形状が可変する場合の図で、（ａ）は通常時の平板の状態、（ｂ）は処理対象物Ｍａの表面に当接して変形した状態の図である。
【図１０】正負極の電極板が一体で構成された表層加熱用の電極板構造図である。
【図１１】正負極の電極板が一体で、第１電極板が他方の第２電極板に対して移動可能あるいは押圧可能な構成を示す図である。
【図１２】処理対象物を挟持する挟持部を備えた第１電極部の構成図である。
【図１３】処理対象物を保持する吸着部を備えた第１電極部の構成図である。
【図１４】第１電極部を負極にする配線を示す図である。
【図１５】ロボットアーム自体を負極にした回路構成を示す図である。
【図１６】第１電極部を正極にした構造を示す図である。
【図１７】２台のロボットアームの各第１電極部が正負極の電極板で、載置部が絶縁体である構成図である。
【図１８】２台のロボットアームの各第１電極部が負極の電極板で、載置部が正極である構成図である。
【図１９】処理対象物を第１電極板に対して往復動作する構成を説明する構成図である。
【図２０】ロボットアーム自体を処理対象物に対して往復動作する構成を説明する構成図である。
【図２１】整合器及び高周波発振器をロボットアームに取り付けた状態の構成図である。
【図２２】負極のフレームにロボットアームを支持させ、一方電極部を正極とした構成図である。
【図２３】処理対象物を間接的に加熱処理する態様を説明する図で、（ａ）は容器内に処理対象物が複数収容されている場合、（ｂ）は１個収容されている場合である。
【図２４】処理対象物を加熱処理によって作製する態様を説明する図で、（ａ）は処理対象物と対向電極との関係を示す図、（ｂ）は加熱部位を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明に係る高周波誘電加熱装置の一実施形態を示す構成図で、（ａ）は全体外観図、（ｂ）は一方電極板側の構成を示す斜視図である。図２は、高周波誘電加熱装置の制御系を含めた全体構成図である。
【００２３】
図１において、高周波誘電加熱装置１は、多関節ロボットであるロボットアーム１０と、処理対象物Ｍａに高周波誘電加熱を施す正負極の電極板の内の一方の電極板側である第１電極部２０と、他方の電極板側である第２電極部３０と、高周波発生部４０と、センサ部５０と、制御部６０と、ロボットアーム１０を載置する作業台や作業フレーム等から構成される載置部７０とを備えている。
【００２４】
ロボットアーム１０は、本実施形態では、例えば６自由度を有する多関節ロボットアームであり、載置部７０に固定されたベース部１１と、変位や力を伝達するための複数のリンク１４，１６，１８を有している。複数のリンク１４，１６，１８は複数の関節１３，１５，１７によって旋回又は回転可能に互いに連結されている。なお、ベース部１１も軸周りに回転可能な構成を有するものでもよい。また、ロボットアーム１０は、公知のように、各関節１３，１５，１７に設けられた回転軸の回転角度を検出する図略のエンコーダ、及び関節を駆動するアクチュエータを備えている。これらのアクチュエータは、必要なトルクに対応するパワーを有するものが採用され、制御部６０からの指令に基づいて駆動される。ロボットアーム１０は、先端のリンク１８の先端部は取付部としての構造を備え、そこにエンドエフェクタとして第１電極部２０が取付けられている。リンク１８の先端の取付部は、例えば第１電極板２０の後述するシールド板２１との間でビス締め等すればよい。
【００２５】
制御部６０は、制御装置６１及びロボット制御部６２を備えている。制御装置６１は、シーケンス制御用のマイクロコンピュタを利用した公知のＰＬＣ（Programmable Logic Controller ）で、ＲＯＭに設定された制御プログラムに従ってシーケンス制御を実行する。また、制御装置６１は、高周波発生部４０の高周波発振器４１の動作制御も行う。ロボット制御部６２は、エンコーダの検出出力や、予め入力され、図略のメモリに登録された処理対象物の表面形状データに基づいて、また後述する各種センサの検出出力とシーケンスとに基づいてロボットアーム１０の各関節１３，１５，１７のアクチュエータを動作させることで、リンク１８の先端、すなわち第１電極部２０の位置及び姿勢（向き）を制御する。また、各種センサ５０のキャリブレーション、特に、センサ位置と、ロボットアーム１０に取付けられる第１電極部２０の第１電極板２３の位置との相対位置関係は第１電極板２３の位置及び姿勢の制御上必要なことから、その相対位置関係の情報はキャリブレーション時に取得しておけばよい。
【００２６】
高周波発生部４０は、電力半減深度を確保するべく採用するＭＨｚオーダーの高周波電力を生成する高周波発振器４１と、整合器４２とを備えている。高周波発振器４１は内部に発振回路を備え、図略の直流電源から高周波電力を変換生成するものである。整合器４２は、誘電加熱される負荷である誘電体や半導体等の処理対象物Ｍａと高周波発振器４１との間に接続され、高周波発振器４１と処理対象物Ｍａを含む負荷側インピーダンスとのインピーダンスマッチングを取って電力伝達効率を安定させるものである。本実施形態では、高周波発振器４１と整合器４２との間は同軸ケーブル等の電力線４３で接続され、整合器４２の出力側は同軸ケーブルあるいは帯状の銅線からなる電力線４４、本実施形態では同軸ケーブルで構成されている。電力線４４は、整合器４２から延設され、ロボットアーム１０の表面に沿って取付けられた、絶縁材からなる所定個数の留め具４４１を介して第１電極部２０まで導かれている。なお、誘電加熱される負荷である処理対象物Ｍａとして、種々の誘電体や半導体等があるが、ここでは畜肉や魚肉、ミンチ肉等の解凍用の冷凍食品が例示できる。
【００２７】
第１電極部２０と第２電極部３０とで電極部が構成されている。第１電極部２０と第２電極部３０との間に処理対象物Ｍａを接触乃至は非接触で挟み、あるいは介在させて高周波電界を照射することで、処理対象物Ｍａを誘電加熱する。第１電極部２０は、図１（ｂ）に、その一例構造を示している。第１電極部２０は、ロボットアーム１０の先端に連結されるもので、適所にセンサ部５０が取付けられている。図１の例では、センサとして、力覚センサ５１、距離センサ５２及び温度センサ５３を備えている。力覚センサ５１は、圧力を検知するもので、本実施形態では、第１電極部２０が処理対象物Ｍａに当接したときの反力を検知する。距離センサ５２は、処理対象物Ｍａの表面形状を部分的に検出する形状検出手段として機能するもので、超音波や赤外線等の伝搬媒体を利用して、処理対象物Ｍａの表面形状を遠隔的に計測する。また、形状検出手段としては、撮像素子を利用した公知の測距装置によって処理対象物Ｍａの表面形状を遠隔的に計測するものでもよい。なお、表面形状に代えて処理対象物Ｍａの各部位と第１電極部２０との相対距離を計測するものでもよい。温度センサ５３は、遠隔的な例えば放射温度計で、処理対象物Ｍａの測定対象部位を含む表面温度（表面温度分布）を測定する。なお、距離センサ５２や温度センサ５３は、態様によっては第１電極部２０以外の、例えば載置部７０の作業フレームの適所に取付けられてもよい。また、距離センサ５２は、第１電極部２０に１個設けて、第１電極部２０の移動中に計測動作を継続して行うことで、処理対象物Ｍａの表面までの距離データから表面形状を取得することが可能であり、一方、複数設けた態様では、表面形状をより細かく、かつ素早く計測可能となる。さらに、処理対象物Ｍａが加熱の進行によって乃至は第１電極部２０による押圧によって形状変化を生じるような場合には初期の測定データに加えて処理中の測定データも必要となる。
【００２８】
第１電極部２０は、リンク１８の先端に力覚センサ５１を介して取付けられている。第１電極部２０は、力覚センサ５１に取付けられた基板としてのシールド板２１と、シールド板２１の裏面の４カ所に立設された所定長を有する絶縁材からなる支柱２２と、支柱２２の先端にシールド板２１と平行にして取付けられた板状の第１電極板２３とを有する。シールド板２１は、各種のセンサ部５０が搭載可能なサイズを有する。また、シールド板２１には、適所に設けた同軸ケーブルコネクタ（図示せず）を介して電力線４４が挿通され、さらに導電材の給電リード線４５を第１電極板２３に溶着するなどして整合器４２と第１電極板２３との間が接続されている。第１電極板２３は、処理対象物Ｍａに対応してサイズ乃至は形状が決定され、形状としては四角形板や円形板があり、本実施形態では正方形板が採用されている。また、第１電極板２３は処理対象物Ｍａより小サイズのものが採用されている。
【００２９】
第２電極部３０は、第１電極部２０の第１電極板２３と対向する平板状の第２電極板３１を備え、本実施形態では、マイナス電位側に設定されている関係で、配線３２を介してアースに接地されている。第２電極板３１は、図１（ａ）に示すように処理対象物Ｍａに比して大サイズのものが採用される。第２電極板３１上に載置された処理対象物Ｍａに対して第１電極板２３の位置、姿勢が制御されて、処理対象物Ｍａに所要圧力で接触し（当接し）、あるいは近接した状態で誘電加熱が施される。
【００３０】
図３は、第１電極部２０の配線構造の一例を示す部分図である。第１電極部２０のシールド板２１と第１電極板２３との間であって、シールド板２１には、金属製の同軸コネクタブラケット２１１が取付けられている。同軸コネクタブラケット２１１には、同軸コネクタ４６のシールド部が取付けられており、この同軸コネクタ４６に、整合器４２から延設された同軸ケーブルである電力線４４の先端側が接続されている。同軸コネクタ４６は、絶縁体２２１に囲繞された給電リード線４５の先端が電気的に第１電極板２３と接続されている。
【００３１】
図４は、第１電極部２０の配線構造の一例を示す部分図である。電力線４４及び給電リード線４５は帯状の金属線であり、同軸ケーブルの耐圧以上の高周波を出力する態様に適用する。シールド板２１には、必要に応じて支持板２１２が一体で積層されている。シールド板２１の一部には切欠２１３が穿設されている。整合器４２から延設された電力線４４の先端側の給電リード線４５は、切欠２１３を介して第１電極板２３と接続されている。なお、給電リード線４５とシールド板２１との絶縁を図るべく、シールド板２１と第１電極板２３との一方に対して両者の中間辺りの高さを有する絶縁支柱２４を設け、その頂部で支持して（経由して）、給電リード線４５を第１電極板２３と接続する態様としてもよい。あるいは、切欠２１３及び絶縁支柱２４の両方を採用してもよい。
【００３２】
図５において、ロボット制御部６２は、ロボットアーム１０を駆動させる指令を出力して、エンドエフェクタである第１電極部２０の第１電極板２３の位置及び姿勢を制御することで、処理対象物Ｍａの適宜の位置に適宜の姿勢、かつ所要圧で当接し、部分加熱を施すことが可能となる。第１電極板２３のサイズは処理対象物Ｍａより小さいため、処理対象物Ｍａの表面形状を距離センサ５２で継続的に測定することで、表面形状、すなわち表面までの距離情報として取得し、さらに、温度センサ５３で表面温度を確認しながら、加熱状態を取得し、これらの情報を用いて処理対象物Ｍａの表面がより均一に加熱されるように、当接した状態のまま、あるいは一旦離反しながら順次、当接位置及び姿勢の変更を繰り返して目的の加熱処理を継続する。なお、処理対象物Ｍａに近接（非接触）対向して加熱を施す態様では、力覚センサ５１は不要であり、距離センサ５２からの距離情報を用いて第１電極板２３の位置と姿勢とを制御する。なお、この場合には力覚センサ５１を誤接触の検知用として用いることもできる。
【００３３】
処理対象物Ｍａが複数個あり、各々同一形状である場合には、予め形状情報を入力しておき、検知温度情報に基づいて加熱作業を行うようにしてもよい。一方、処理対象物Ｍａの形状が同一でない場合（同一である保証がない場合も含む）には、上記した処理を行うことで、個別に対応して加熱処理を施すことが可能となる。
【００３４】
図６に示すように、温度センサ５３を用いて、第１電極部２０を、処理対象物Ｍａの表面上で加熱の進んでいる部位を避け、距離センサ５２を利用して、遅れている部位の表面に移動して当接して適宜加熱処理を施すことで、表面全体が均一加熱される。制御装置６１あるいはロボット制御部６２は、温度センサ５３で検出した処理対象物Ｍａの温度分布（Ｔｍａ：上面側から見た図）を参照して、温度の低い部位があれば、加熱動作を一旦中断して、第１電極部２０を当該低温部位の上部に移動させ、距離センサ５２及び力覚センサ５１の検出結果から、当該低温部位の表面と平行に所定圧で当接するように姿勢変更する。この後、加熱動作を再開する。かかる処理は他の実施形態でも同様である。なお、図６では、第１電極部２０が、ある時間には処理対象物Ｍａの右部位を加熱し、別の時間には移動して左部位を加熱している状態を示している。
【００３５】
図７は、加熱状態を非接触で検知する構成図で、（ａ）は別部位に放射温度計を取り付けた図、（ｂ）は第１電極部に放射温度計を取り付けた図、（ｃ）は第１電極部の中央に放射温度計を取り付けた図である。図７（ａ）は、載置部７０の適所、本実施形態では天井部位のフレーム等に下方に向けて取り付けられて、下方の第２電極板３１の全域の温度の温度分布を測定する。第２電極板３１は、処理対象物Ｍａの大きさに対応しているため、その領域内を細分して温度測定を行う。第１電極部２０は、処理対象物Ｍａの表面に沿って移動しつつ加熱処理を行う。そして、例えば一律に加熱処理が行われた後に、予め設定した加熱温度に対して低い部位があると、第１電極部２０を当該低温部位の表面に移動して加熱処理を施す。
【００３６】
図７（ｂ）は、温度センサ５３である放射温度計を第１電極部２０のシールド板２１に取り付けている。図７（ｃ）は、温度センサ５３である放射温度計を第１電極部２０の中央のシールド板２１に取り付けている。また、温度センサ５３の指向方向となる第１電極板２３の略中央には、例えば円形の孔２３０が穿設されて、中央からの温度測定を可能にしている。いずれの実施形態においても、温度センサ５３の測定領域は狭く設定されており、温度測定は、第１電極部２０の第１電極板２３を処理対象物Ｍａから離反させて行う。
【００３７】
図８（ａ）は第１電極板の他の種類への交換可能構造を説明する図で、図８（ｂ）（ｃ）は、サイズの異なる第１電極板を取付けた状態の図である。シールド板２１から立設された絶縁材の支柱２２の先端には、第１電極板２３のロック構造の一例として平板状の磁石板２５がシールド板２１と平行に取付けられている。磁石板２５の表面（図８の下面側）には所要サイズの第１電極板２３が磁力で吸着されている。第１電極板２３は、図８（ｂ）（ｃ）に示すように、第２電極板３１と対応するサイズの第１電極板２３１から、小サイズの第１電極板２３２まで交換して取付け可能であり、これにより処理対象物Ｍａの種類によって、あるいは加熱処理の途中で適宜交換することができ、作業性の向上が図れる。
【００３８】
図９は、第１電極板の形状が可変する場合の図で，（ａ）は通常時の平板の状態、（ｂ）は処理対象物Ｍａの表面に当接して変形した状態の図である。本実施形態では、支柱２２ｂは、図の奥行き方向にも１対あってもよく、その場合、合計４本から構成されている。各１対の支柱２２ｂは、基端側で蝶番２２１ｂを介してシールド板２１に結合されている。また、支柱２２ｂの先端は、蝶番２３２ｂを介して、あるいは単に結合されて第１電極板２３ｂと連結されている。第１電極板２３ｂは、柔軟性を備えるように薄層の金属板から構成され、あるいは上面側に可撓性を有する補強用の樹脂板で積層された板状形状とされている。このように第１電極板２３ｂを形状変更可能に構成し、第１電極板２３ｂが処理対象物Ｍａの表面に沿って変形するようにしたので、均一加熱が可能となる。この場合、力覚センサ５１によって所定の反力で当接を行うようにすればよい。
【００３９】
図１０は、正負極の電極板が一体で構成された表層加熱用の電極板構造図である。すなわち、本実施形態に係る電極部は、図１０（ａ）では第１電極部２０cと第２電極部３０cとが一体で構成されており、図１０（ｂ）では第１電極部２０ｄと第２電極部３０ｄとが一体で構成されており、電極部全体の形状は平面視で円環状でもよいし、四角環状でもよい。
【００４０】
図１０（ａ）では、中央に正極の第１電極板２３ｃがあり、その外側に隙間を有して第２電極板３１ｃが同心で配設されている。第１電極板２３ｃ、第２電極板３１ｃとは、絶縁部材等を介して一体化されていればよい。図１０（ｂ）では、中央に負極の第２電極板３１ｄがあり、その直ぐ外側に隙間を有して第１電極板２３ｄが配設され、さらにその外側に隙間を有して第２電極板３１ｅが配設されている。第１電極板２３ｄ、第２電極板３１ｄ，３１ｅは、互いに平行な棒状（帯状）、また同心でもよく、互いに絶縁部材等を介して一体化されていればよい。このように構成することで、処理対象物Ｍａは、矢印で示す表層部に生成される電界によって表層部の誘電加熱が可能となる。そして、かかる電極部をロボットアーム１０で位置及び姿勢制御して処理対象物Ｍａの表面に平行に近接させ、乃至は当接させる。なお、
図１１は、正負極の電極板が一体で、第１電極板が第２電極板に対して移動可能あるいは押圧可能な構成を示す図である。ロボットアーム１０のリンク１８の先端には、金属材からなる断面コの字状のフレーム２６が取付けられている。フレーム２６の基端には、フレーム２６の上腕部２６１と対向するように第２電極板３１ｆが取付けられている。また、フレーム２６の上腕部２６１には、図略の貫通孔を介して第２電極板３１ｆ方向に長尺のエアシリンダ２７が嵌合されている。エアシリンダ２７のシリンダ軸２７１は、エア圧の制御によって第２電極板３１ｆ側に出退する。第１電極部２０ｅは、シリンダ軸２７１の先端に取付けられている。従って、シリンダ軸２７１を出退させることで第１電極板２３ｅと第２電極板３１ｆとの間の距離が調整できる。ロボットアーム１０によって第２電極板３１ｆの姿勢を変更、例えば傾斜させることで、変形容易な処理対象物Ｍａ、あるいは粘性乃至は流動性を有する密封された処理対象物Ｍａの形状を適宜に変更させて第１電極板２３ｅと密接に当接あるいは押圧することで、この種類の処理対象物Ｍａに対しても、より均一な加熱が可能となる。なお、実施例ではエアシリンダ２７としたが、油圧シリンダや電動シリンダとしてもよい。
【００４１】
図１２は、処理対象物Ｍａを挟持する挟持部１９を備えた第１電極部の構成図である。ロボットアームのリンク１８の先端には、挟持部１９が取付けられ、その先端側に第１電極部２０が取付けられている。挟持部１９は、対向する一対のハンド１９２を有し、図略のモータやシリンダ等の駆動部によって開閉駆動されるように構成されている。一対のハンド１９２は第１電極部２０を挟むように設けられており、ハンド１９２を閉じた状態では、処理対象物Ｍａを挟み込んで位置を安定させている。従って、加熱処理によって形状が変化する場合でも、形状を維持した状態で加熱処理が行われる。また、狭持部１９で処理対象物Mａを挟み込んで搬送することもできる。
【００４２】
図１３は、処理対象物Ｍａを保持する保持部１９ａを備えた第１電極部の構成図である。ロボットアーム１０のリンク１８の先端には、保持部１９ａが取付けられ、その先端側に基板１９０ａを介して第１電極部２０が取付けられている。保持部１９ａは、対向する一対のシリンダ１９１ａを有すると共に、シリンダ１９１ａによって上下方向に進退駆動される、例えば図略の真空ポンプで吸引動作が可能な吸着部１９２ａを有する。処理対象物Ｍａを保持する際はシリンダ１９１ａを第1電極板２３より下方向に進出させて、吸着部１９２ａで処理対象物Ｍａの表面部分を吸着して保持し、ロボットアーム１０で第２電極板３１の所定位置に移動させる。吸着部１９２ａによって処理対象物Ｍａを保持して移動可能とすることで、処理対象物Ｍａの位置決めが可能になり、均一な加熱処理が可能となる。
【００４３】
図１４は、第１電極部２０を負極にする配線を示す図である。図１５は、ロボットアーム自体を負極にした回路構成を示す図である。まず、図１４に示す構成は、処理対象物Ｍａが搭載される第２電極板３１の裏面側に、絶縁材からなる所定長を有する複数本の支柱３４を立設し、この支柱３４の先端側に金属製の基板３５を配置したものである。また、基板３５と第１電極板２３とが接続されている。さらに、第２電極板３１に高周波出力の正極側が接続され、基板３５に高周波出力の負極側が接続されている。図１５に示す構成は、図１４の構成に対して、基板３５とロボットアーム１０の筐体あるいは各リンクを経由するなどして第１電極板２３とが接続されている。これらのように、ロボットアーム１０に連結される第１電極部２０を負極側とすることで、ロボットアーム１０をアースに対して絶縁する構造が不要となり、ロボットアーム１０の操作性が維持され、また構造の簡易さも維持される。
【００４４】
図１６は、第１電極部２０ｆを正極にした構造を示す図である。第１電極部２０ｆは、ロボットアーム１０の先端に取付けられた、絶縁材からなる連結部材２８を有し、その先端側に第１電極板２３ｆが取付けられている。また、高周波出力の正極側が第１電極板２３ｆに接続され、負極側が第２電極板３１に接続されている。この構成によれば、連結部材２８を介することで第１電極部２０ｆを正極側とすることが可能となり、ロボットアーム１０の操作性が維持され、また構造の簡易さも維持される。
【００４５】
図１７は、２台のロボットアームの一方に第１電極部を、他方に第２電極部を設けた構成図である。この実施形態では、ロボットアーム１０Ａに第１電極部２０Ａが取付けられ、一方、ロボットアーム１０Ｂに第２電極部３０Ｂが取付けられている。ロボットアーム１０Ａ，１０Ｂは、同一構造をしている。第１電極部２０Ａ、第１電極板２３Ａは第１電極部２０及び第１電極板２３と同一形状を有するものが採用され、第１電極板２３Ａは、本実施形態では正極側に接続されている。一方、ロボットアーム１０Ｂの先端部にはエンドエフェクタとしての第２電極部３０Ｂが取付けられている。図１７の実施形態では、第２電極部３０Ｂは、第２電極板３１Ｂを有し、負極側に接続されている。第２電極板３１Ｂは、第１電極板２３Ａと同サイズ、同形状でもよいが、処理対象物Ｍａに応じて適宜なサイズ、形状が採用可能である。なお、第１電極部２０Ａのシールド板と第２電極部３０Ｂの第２電極板３０Ｂとは電気的に接続されている（図略）。従って、電界は、第１電極部２０Ａの第１電極板２３Ａと第２電極部３０Ｂの第２電極板３１Ｂとの間で生じる。かかる構成によれば、電界を処理対象物Ｍａ内で自由な位置、向きに生成することができ、より均一加熱が可能となる。この場合、制御部６０は、２台のロボットアーム１０Ａ，１０Ｂを連携乃至は連動して動作制御すればよい。
【００４６】
図１８は、２台のロボットアームの各第１電極部が負極の電極板で、載置部が正極である構成図である。この実施形態では、ロボットアーム１０Ｃに第１電極部２０Ｃが取付けられ、一方、ロボットアーム１０Ｄに第１電極部２０Ｄが取付けられている。ロボットアーム１０Ｃ，１０Ｄは、同一構造をしている。但し、第１電極板２３Ｃと第１電極板２３Ｄとは同一形状でなくてもよい。そして、高周波出力の負極側が、アースに接続された基板３５を介して第１電極板２３Ｃ及び第２電極板２３Ｄに接続され、正極側が共通の電極板となる第２電極板３１に接続されている。従って、電界は、第１電極部２０Ｃの第１電極板２３Ｃと第２電極板３１との間、及び第１電極部２０Ｄの第１電極板２３Ｄと第２電極板３１との間でそれぞれ生成される。図１４に示す構成と同様、処理対象物Ｍａが搭載される第２電極板３１の裏面側に、絶縁材からなる所定長を有する複数本の支柱３４を立設し、この支柱３４の先端側に金属製の基板３５を配置している。かかる構成によれば、処理対象物Ｍａが大きいあるいは異形の場合に、より効果的かつ迅速に加熱処理が可能となる。また、制御部６０は、２台のロボットアーム１０Ａ，１０Ｂを個別に、あるいは連携乃至は連動して動作制御すればよい。
【００４７】
図１９は、処理対象物を第１電極板に対して往復動作する構成を説明する構成図である。本実施形態では、第２電極板３１が第１電極板２３に対して相対移動可能な構成を有する。処理対象物Ｍａを搭載する第２電極板３１の裏面側にスライド部８０が設けられている。スライド部８０は、第２電極板３１の裏面に立設された支柱８１と、支柱８１の先端に取付けられた横長のスライド板８２と、第２電極板３１と一体でスライド板８２を、矢印で示す左右方向に移動させるモータ等の駆動源８３とを備えている。かかる構成によれば、第１電極板２３及び第２電極板３１の双方を移動可能にできるので、ロボットアーム１０の動作範囲を超えた大きさの処理対象物Ｍａの場合に有効である。
【００４８】
図２０は、ロボットアーム１０自体を処理対象物に対して往復動作する構成を説明する構成図である。本実施形態では、第１電極部２０が第２電極板３１に対して変位及び姿勢変更すると共に、スライド部８０ｂによって矢印で示す左右方向に相対移動可能な構成を備えている。スライド部８０ｂは、ロボットアーム１０のベース部１１をスライド可能に支持する。スライド部８０ｂは、ベース部１１を搭載する絶縁性の横長のスライド板８１ｂと、ベース部１１と一体でスライド板８１ｂを、矢印で示す左右方向に移動させるモータ等の駆動源８２ｂとを備えている。かかる構成によれば、第１電極板２３の位置変移に加えてロボットアーム１０自体を移動可能としたので、ロボットアーム１０の動作範囲を超える大きさの処理対象物Ｍａに対する加熱処理が可能となる。
【００４９】
図２１は、整合器及び高周波発振器をロボットアームに取り付けた状態の構成図である。高周波信号の負荷までの電力線回路を不必要に長くすると、インピーダンス整合に影響する要因がその分増えることになる。また、電力線側回路からの電磁エネルギーの放射に起因するエネルギーロスの原因となる。そのため、高周波出力回路部分を可及的に短縮して高周波出力を第１電極部２０に導くことが好ましい。本実施形態では、整合器４２をロボットアーム１０の先端近傍側に取付けている。また、高周波発振器４１もロボットアーム１０に取付けている。なお、高周波発振器４１と整合器４２との間は同軸ケーブル４３で接続されている。
【００５０】
図２２は、負極のフレームにロボットアームを支持させ、第１電極部を正極とした構成図である。例えば下部域にロボットアーム１０を載置するスペース的余裕がないような場合に適用される。本実施形態では、載置部７０ｂは、天井部７１ｂ、第２電極板を兼ねる底板部７２ｂ及びそれらを一体化する側壁部７３ｂを備えている。天井部７１ｂ、側壁部７３ｂを利用して各回路部４１，４２や制御部６１，６２が取付けられる。ロボットアーム１０は、ベース部１１が天井部７１ｂの裏面側に取付けられ、下方に向けて垂設されて、その先端に第１電極部２０が取付けられている。かかる構成によれば、載置部７０ｂで囲まれる内部に所望する雰囲気環境を確保することも可能となり、処理対象物Ｍａの種類によって好適な加熱処理環境が設定可能、あるいは外部と切り離しての加熱処理が可能となる。
【００５１】
次に、図２３、図２４は、処理対象物Ｍａに間接的な加熱処理を施す例を示す図である。まず、図２３は、処理対象物を間接的に加熱処理する態様を説明する図で、（ａ）は、容器内に処理対象物が複数収容されている場合、（ｂ）は、１個収容されている場合である。なお、図ではロボットアーム１０の部分は省略されている。容器ＢＯＸ内の処理対象物Ｍａ（Ｍａ１，Ｍａ２）の形状は既知、あるいはリアルタイムで距離センサ５２によって検出されてもよい。図２３（ａ）では、容器ＢＯＸの左側に収容された処理対象物Ｍａが右側の処理対象物Ｍａ２よりも嵩が低いことから、第１電極部２０は、容器ＢＯＸの左部上方で、かつ容器ＢＯＸ１に近い位置を、水平姿勢のまま例えば左から右方向へ移動しながら加熱を施している。そして、処理対象物Ｍａ２の位置まで移動してくると、例えば水平姿勢のまま斜め上方に移動し、所定の高さまに達すると、水平方向への移動に切り替わり、この後、処理対象物Ｍａ２の加熱を行う。また、図２３（ｂ）では、第１電極部２０は、収容されている処理対象物Ｍａの上部の表面形状に平行となるように傾斜して、一方側へ、ここでは左側から右方向へ移動しながら、加熱処理を施す。このように、処理対象物Ｍａ（Ｍａ１，Ｍａ２）が、その性質上あるいは取扱上、容器ＢＯＸに収容されているような場合であっても、容器ＢＯＸを介して間接的に処理対象物を加熱処理することが可能となる。
【００５２】
図２４は、処理対象物を加熱処理によって作製する態様を説明する図で、（ａ）は処理対象物と対向電極との関係を示す図、（ｂ）は加熱部位を示す図である。なお、図ではロボットアーム１０の部分は省略されている。処理対象物Ｍａは、例えば木材を組み立てて作製される容器９０である。容器９０は、所定の縦横及び厚差を有する四辺の側板９１１の端部に熱硬化樹脂等の接着剤を塗布して枠体の連結部を構成し、この状態で、第１、第２電極板２３，３１で、接着剤が塗布された側板９１１の上下端縁を挟むように当接して加熱を行う。この実施形態では、処理対象物Ｍａを直接加熱せず、作製部品である接着剤を加熱することで処理対象物Ｍａを作製する。このように、ロボットアーム１０を採用して、位置及び姿勢を広範囲で制御することで、種々の形態の処理対象物Ｍａの作製、工作、加工への適用が可能となる。
【００５３】
なお、本実施形態では、処理対象物Ｍａとして解凍用の冷凍食品を例示したが、処理対象物Ｍａとしては、積層された部材間の介在された接着剤層を加熱して接着する加工木材等、乾燥処理されるセラミックや木材等の乾燥材料、加熱殺菌対象となる飲用や薬剤流体、粉体、固形物、その他加熱による加工材にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１  高周波誘電加熱装置
１０  ロボットアーム
１８  リンク（取付部の一部）
１９  挟持部（支持部）
１９ａ  保持部（支持部）
２０  第１電極部
２３  第１電極板
２３Ｃ  第１電極板（第１ロボットアーム用第１電極板）
２３Ｄ  第１電極板（第２ロボットアーム用第１電極板）
２５  磁石板（取付部）
３０  第２電極部
３１  第２電極板
４０  高周波発生部
４３  整合器
５０  測定センサ
５１  力覚センサ
５２  距離センサ（形状検出手段）
５３  温度センサ
６０  制御部
６１  制御装置
６２  ロボット制御部
７０  載置部
Ｍａ  処理対象物
【図１】
0006737574.tif 000002
【図２】
0006737574.tif 000003
【図３】
0006737574.tif 000004
【図４】
0006737574.tif 000005
【図５】
0006737574.tif 000006
【図６】
0006737574.tif 000007
【図７】
0006737574.tif 000008
【図８】
0006737574.tif 000009
【図９】
0006737574.tif 000010
【図１０】
0006737574.tif 000011
【図１１】
0006737574.tif 000012
【図１２】
0006737574.tif 000013
【図１３】
0006737574.tif 000014
【図１４】
0006737574.tif 000015
【図１５】
0006737574.tif 000016
【図１６】
0006737574.tif 000017
【図１７】
0006737574.tif 000018
【図１８】
0006737574.tif 000019
【図１９】
0006737574.tif 000020
【図２０】
0006737574.tif 000021
【図２１】
0006737574.tif 000022
【図２２】
0006737574.tif 000023
【図２３】
0006737574.tif 000024
【図２４】
0006737574.tif 000025