(57)【要約】【課題】厚みのある被加熱物に対しても、加熱ムラの無い良好な加熱を実現できる高周波加熱装置を得る。【解決手段】被加熱物に周波数が５．８ＧＨｚのマイクロ波を照射して、被加熱物の加熱を行う高周波加熱装置１は、キャビティ３内にマイクロ波を出射する給電口７，９を備えた導波管１１ａ，１１ｂを、加熱室２を画成するキャビティ３に複数本装備して構成される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱室内の被加熱物に５．８ＧＨｚのマイクロ波を照射して、前記被加熱物の加熱を行う高周波加熱装置であって、
前記マイクロ波を出射する給電口を備えた導波管を、前記加熱室を画成するキャビティに複数本装備したことを特徴とする高周波加熱装置。
【請求項２】
前記給電口を配置する前記キャビティの壁面を、前記加熱室の上下面、又は上面及び側面、又は側面及び下面としたことを特徴とする請求項１に記載の高周波加熱装置。
【請求項３】
前記キャビティの上壁に配置された少なくとも２本の導波管によって、前記加熱室の上面に前記給電口を２個口設けたことを特徴とする請求項１に記載の高周波加熱装置。
【請求項４】
前記キャビティの上壁の少なくとも２本の導波管は、導波管の横断面の長辺が上下方向に向いた縦型配置になされたことを特徴とする請求項３に記載の高周波加熱装置。
【請求項５】
前記キャビティの上壁の内、前記縦型配置の導波管の装備領域を除く領域に面ヒータを配置したことを特徴とする請求項４に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、周波数が５．８ＧＨｚのマイクロ波を被加熱物に照射することで被加熱物の加熱を行う高周波加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被加熱物を収容する加熱室内にマイクロ波を出力する高周波発生手段（マグネトロン）を備えた高周波加熱装置は、加熱室内の被加熱物に対して、短時間で効率のよい加熱ができるため、食材等の加熱調理機器である電子レンジとして急速に普及した。
【０００３】
ところで、加熱室内に発振されるマイクロ波は、加熱室内に電磁波攪拌手段が無い場合、加熱室を画成しているキャビティの内壁面での反射によって定在波が形成され、この定在波の波長の約１／２の間隔で加熱スポットが発生する。
従来の家庭用の電子レンジの場合、周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振するマグネトロンが搭載されており、この場合、発生する定在波の波長は約１２ｃｍとなり、その１／２の約６センチの間隔で加熱スポットが発生することになり、一般家庭等で加熱する食材の大きさに比べると、加熱スポットの間隔が大きく、加熱ムラの原因となる。
【０００４】
そこで、従来の電子レンジでは、加熱ムラの原因となる定在波の影響を低減させるために、加熱室内の食材を回転させるターンテーブルや、加熱室内の電磁波を攪拌するステラファン等の電磁波攪拌手段を装備していた。
しかし、これらの装備は、加熱室を画成するキャビティの壁部を貫通する可動部品を不可欠とし、可動部品によるキャビティ貫通部での電磁波漏洩を防止するための、キャビティ上への可動部品の取付構造の複雑化を招き、構成部品の増加による製作コストのコストアップや装置の大型化を招いた。
【０００５】
そこで、最近では、使用するマイクロ波の周波数を変更することで、定在波の波長の１／２となる加熱スポット間隔を縮めて、ターンテーブルやステラファン等の電磁波攪拌手段を装備せずとも、被加熱物上での加熱ムラの発生を防止することが研究され、５．８ＧＨｚのマイクロ波を使用することが提案された（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平３−２０３１９１号公報
【０００７】
５．８ＧＨｚのマイクロ波を使用した電子レンジでは、キャビティの内壁面でのマイクロ波の反射によって定在波が形成された場合、その定在波の波長は約５ｃｍとなり、加熱室内での加熱スポットはその１／２波長分の約２．５ｃｍとなり、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を使用するものと比較すると、被加熱体表面での加熱スポットの分布密度が増大し、加熱スポットの間隔が一般食材の大きさに比べて大きすぎることがなくなるため、従前の電磁波攪拌手段を装備せずとも、加熱ムラの発生を抑止することができ、また電磁波攪拌手段の削除によって構造の簡略化やこの簡略化に伴う装置の小型化、或いは、製作コストや運転コストの低減を図ることが可能になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、５．８ＧＨｚのマイクロ波は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波と比較すると、被加熱物の内部への焼き深度が浅くなるため、図８に示すように、被加熱物の表面での加熱分布特性は２．４５ＧＨｚのマイクロ波より優れるものの、被加熱物の内部への加熱特性は２．４５ＧＨｚのマイクロ波よりも低下する。
その結果、上記特許文献１に開示した従来の電子レンジのように、加熱室内へのマイクロ波の発振を単一の給電口から行う構成では、加熱対象となる被加熱物の厚みが厚い場合、マイクロ波が当たり易い側の表面層は十分に加熱できるが、被加熱物の他側の表面層や内部については、加熱ムラや加熱不足が発生する虞があった。
【０００９】
本発明は、被加熱物のより広範囲な表面に対してマイクロ波を照射することができ、厚肉の被加熱物に対しても加熱ムラの無い良好な加熱を実現でき、且つ、電磁波攪拌手段を省略できて構造の簡略化やこれに伴う装置の小型化、或いは、製作コストや運転コストの低減を図ることができる高周波加熱装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る高周波加熱装置は、加熱室内の被加熱物に５．８ＧＨｚのマイクロ波を照射して、前記被加熱物の加熱を行う高周波加熱装置であって、
前記マイクロ波を出射する給電口を備えた導波管を、前記加熱室を画成するキャビティに複数本装備したことを特徴とする。
【００１１】
このように構成された高周波加熱装置においては、複数本の導波管による複数の給電口が、マイクロ波による加熱スポットの分布を広げて、被加熱物の表面のより広範囲の部分にマイクロ波を当てることができる。
その結果、焼き深度の浅い５．８ＧＨｚのマイクロ波でも、例えば対向する双方向から被加熱物を加熱することで、実質的な焼き深度を２倍に強化することができる。
【００１２】
なお、５．８ＧＨｚのマイクロ波の焼き深度が浅いという短所を補うために、被加熱物上のマイクロ波が当たる面を増やすという観点からすると、マイクロ波を出射する給電口は、キャビティの複数の壁面に分散して装備することが好ましく、具体的には、請求項２に記載したように、前記給電口を配置する前記キャビティの壁面を、前記加熱室の上下面、又は上面及び側面、又は側面及び下面とした構成とすると良い。
【００１３】
また、加熱室内の被加熱物に対して、上面からのマイクロ波の照射を広範囲に均一分散させる点では、請求項３に記載したように、前記キャビティの上壁に配置された少なくとも２本の導波管によって、前記加熱室の上面に前記給電口を２個口設けた構成とすると良い。
【００１４】
また、請求項４に記載の高周波加熱装置は、請求項３に記載の高周波加熱装置において、更に、前記キャビティの上壁の少なくとも２本の導波管は、導波管の横断面の長辺が上下方向に向いた縦型配置になされたことを特徴とする。
【００１５】
５．８ＧＨｚのマイクロ波を誘導する導波管の横断面積は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を誘導する導波管の横断面積の約１／４程度に縮小される。そのため、５．８ＧＨｚ用の導波管の長辺寸法は、２．４５ＧＨｚ用の導波管の短辺寸法と略同程度になる。
従って、キャビティの上面側に確保する導波管の設置スペースは、２．４５ＧＨｚ用の導波管をその長辺を水平に向けてキャビティの上面に設置している従前の高周波加熱装置と同等に設定したとしても、５．８ＧＨｚ用の導波管は長辺を垂直に向けた縦型配置に装備することができる。そして、このように縦型配置で導波管を装備した構成とすることで、キャビティ上面の導波管の占有面積を縮小することができる。
その結果、キャビティ上面に空きスペースが増えて、請求項５に記載のように、前記キャビティの上面の内、前記縦型配置の導波管の装備領域を除く領域に面ヒータを配置した構成とすれば、面ヒータの装備領域が拡大できて、面ヒータを作動させるオーブン加熱処理時の温度分布をより広域に均一化でき、加熱ムラの無いオーブン加熱を実現することが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の好適な実施の形態に係る高周波加熱装置を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る高周波加熱装置の第１の実施の形態による断面図である。
【００１７】
この第１の実施の形態の高周波加熱装置１は、家庭用の電子レンジとして使用可能なもので、加熱室２を画成するキャビティ３と、５．８ＧＨｚのマイクロ波をアンテナ５ａから出力する高周波発生手段であるマグネトロン５と、アンテナ５ａから出力されたマイクロ波を導いて加熱室２に出射する給電口７，９をそれぞれに備えた複数本の導波管１１ａ，１１ｂと、キャビティ３の外周囲を囲ってキャビティ３の周りにマグネトロン５や導波管１１ａ，１１ｂの設置スペースを確保する外殻筐体１３と、被加熱物を加熱室２に出し入れするために加熱室２の前面を開閉する前面開閉扉１５とを備えた構成である。
【００１８】
図１は、装置を右側面側から見た状態での断面図で、図の左端面が装置の前面、図の下端面が装置の底面である。
この第１の実施の形態では、マグネトロン５は、キャビティ３の後壁３ｂ外面に装備されており、第１の導波管１１ａは、このマグネトロン５から上方に延伸して加熱室２の上面となるキャビティ３の上壁３ａに沿って装備され、その給電口７が上壁３ａの略中央に開口する。また第２の導波管１１ｂは、マグネトロン５から下方に延びて装備され、その給電口９が加熱室２の後面となるキャビティ３の後壁３ｂの下端寄り位置に開口する。
【００１９】
このように構成された高周波加熱装置１においては、各導波管１１ａ，１１ｂのそれぞれの給電口７，９からマイクロ波が出射されるため、マイクロ波による加熱スポットの分布を広げることができ、被加熱物の表面のより広範囲の部分にマイクロ波が当たるようになる。
その結果、焼き深度の浅い５．８ＧＨｚのマイクロ波でも、直交する加熱室の２方向からそれぞれ被加熱物を加熱することで、実質的な焼き深度を増強することができ、加熱室２内にターンテーブルやステラファン等の電磁波攪拌手段を装備せずとも、被加熱物の表層及び内深部の全域に対して、加熱ムラの発生を抑止することができる。
従って、厚肉の被加熱物に対しても、加熱ムラの無い良好な加熱を実現でき、且つ、電磁波攪拌手段の削除によって構造の簡略化やこれに伴う装置の小型化、或いは、製作コストや運転コストの低減を図ることができる。
【００２０】
なお、５．８ＧＨｚのマイクロ波の焼き深度の浅いという短所を補うために、被加熱物上のマイクロ波が当たる面を増やすという観点からすると、マイクロ波を出射する給電口の配置は、キャビティ３の複数の内壁面に分散して装備すればよく、上記実施の形態に限らない。また、導波管の装備数も、上記実施の形態の２本に限らない。３本以上の任意数に増設可能である。
給電口の装備位置は、具体的には、加熱室２の上下面、又は上面及び側面（後面も含む）、又は側面（後面も含む）及び下面とすることが可能である。
【００２１】
図２は本発明に係る高周波加熱装置の第２の実施の形態の断面図である。
この第２の実施の形態の高周波加熱装置２１は、２つの給電口７，９が、加熱室２の上下面、即ち、キャビティ３の上壁３ａ及び底壁３ｃに対向して開口するように、導波管１１ａ，１１ｂが配置された構成で、第１の導波管１１ａは第１の実施の形態と同じであるが、第２の導波管１１ｂは、マグネトロン５から下方に延伸して加熱室２の下面となるキャビティ３の底壁３ｃに沿って装備されて、給電口９が底壁３ｃの略中央に開口する。
なお、給電口７，９の装備位置の変更と、それに伴う導波管１１ａ，１１ｂの形状変更以外は、第１の実施の形態と共通の構成であるので、共通の構成には、同番号を付して説明を省略する。
【００２２】
このようにキャビティ３の対向する壁面に給電口７，９を対向配置した構成では、焼き深度の浅い５．８ＧＨｚのマイクロ波でも、対向する双方向からそれぞれ被加熱物を加熱することで、実質的な焼き深度を増強することができ、加熱室２内にターンテーブルやステラファン等の電磁波攪拌手段を装備せずとも、被加熱物の表層及び内深部の全域に対して、加熱ムラの発生を抑止することができ、第１の実施の形態と同様に、厚肉の被加熱物に対しても、加熱ムラの無い良好な加熱を実現でき、且つ、電磁波攪拌手段の削除によって構造の簡略化やこれに伴う装置の小型化、或いは、製作コストや運転コストの低減を図ることができる。
【００２３】
図３は本発明に係る高周波加熱装置の第３の実施の形態の後面側からの斜視図である。
この第３の実施の形態の高周波加熱装置３１は、キャビティ３の上壁３ａに配置された２本の導波管１１ａ，１１ｂによって、加熱室２の上面に給電口７ａ，７ｂを２個口設けた構成としている。２本の導波管１１ａ，１１ｂは、マグネトロン５から上方に延伸した１本の共通管１１が２分岐して形成される。
このような構成では、加熱室２内に収容した被加熱物に対して、上面からのマイクロ波の当たりを広範囲に均一分散させることができ、被加熱物上面への加熱分布を大幅に向上させることが期待できる。
なお、この図３のように加熱室２の上面に２個口の給電口７ａ，７ｂを装備する構成に、加熱室２の側面（後面も含む）又は底面に給電口を設ける構成を組み合わせることで、更に、被加熱物への均一加熱性を向上させることができる。
【００２４】
なお、図４（ａ）は２．４５ＧＨｚのマイクロ波を誘導する導波管の横断面図、（ｂ）は５．８ＧＨｚのマイクロ波を誘導する導波管の横断面図である。それぞれの横断面図は同一縮尺で描いてある。
図示のように、５．８ＧＨｚのマイクロ波を誘導する導波管の横断面積は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を誘導する導波管の横断面積の約１／４程度に縮小される。そのため、５．８ＧＨｚ用の導波管の長辺寸法ｂ２は、２．４５ＧＨｚ用の導波管の短辺寸法ａ１と略同程度になる。
【００２５】
図５は、本発明に係る高周波加熱装置の第４の実施の形態の後面側からの斜視図である。
この第４実施の形態の高周波加熱装置４１は、図４に示した導波管の寸法差を考慮して、図３に示した高周波加熱装置３１を更に改良したもので、キャビティ３の上壁３ａに配置された２本の導波管１１ａ，１１ｂは、導波管の横断面の長辺ｂ２が上下方向に向いた縦型配置で装備し、更に、キャビティ３の上壁３ａの内、縦型配置した導波管の装備領域を除く領域に面ヒータ４３を配置している。
【００２６】
使用するマイクロ波の周波数が５．８ＧＨｚの場合には、このように、キャビティ３の上壁３ａに配置される導波管１１ａ，１１ｂを縦型配置にしても、図６に示すように、キャビティ３の上面側に確保する導波管の設置スペースＬは、２．４５ＧＨｚ用の導波管をその長辺を水平に向けてキャビティ３の上面に設置していた従来の高周波加熱装置と同等に設定することができる。そして、導波管を縦型配置とすることで、キャビティ３の上壁３ａにおける導波管の幅方向の占有を縮減して、占有面積を縮小することができる。
【００２７】
その結果、キャビティ３上壁３ａの空き面積が増えて、図５に示したように、キャビティ３の上壁３ａの内、導波管１１ａ，１１ｂの装備領域を除く大きな空き領域の全域に面ヒータ４３を配置した構成とすることができる。
即ち、より大面積に面ヒータ４３を装備することが可能になり、面ヒータ４３を作動させるオーブン加熱処理時の温度分布をより広域に均一化して、加熱ムラの無いオーブン加熱を実現することが可能になる。
【００２８】
なお、上記のように導波管を縦型配置する位置は、キャビティ３の上壁３ａに限らない。
図７（ａ）（ｂ）は、本発明に係る高周波加熱装置の第５の実施の形態の断面図である。なお、（ａ）（ｂ）は加熱室内における異なる加熱分布の例を電気力線によって示している。
この第５実施の形態の高周波加熱装置５１は、先に図２に示したような、加熱室２の上下面に対向させて２本の導波管１１ａ，１１ｂを配置する構成において、これらの導波管１１ａ，１１ｂを、それぞれ縦型配置に設定したものである。
【００２９】
このような構成では、上下に対向した各給電口７，９から放射されるマイクロ波は、位相が１８０゜ずれた定在波を形成するため、被加熱物に対する加熱分布の更なる均一化を期待することができる。
さらに述べれば、上下の各給電口７，９から放射されるマイクロ波は、位相を１８０゜ずらしたことにより、双方のマイクロ波は電界Ｅの方向を一方向にそろえることができる。これにより、（ａ）（ｂ）に示すように、双方の電界を加算した電界強度により、被加熱物の加熱を促進できる。また、（ｂ）に示すように、食品の内部により多いマイクロ波エネルギーを伝えることができる。
なお、（ａ）（ｂ）は、被加熱物に応じて任意に選択することが困難であるが、被加熱物の加熱進行に伴う時間的変化として、（ａ）（ｂ）の何れかを生じることが期待できるので、加熱の均一化の促進が図れる。
【００３０】
なお、キャビティ３に複数本の導波管を装備する場合、その装備数は上記実施の形態に示した２本に限るものでなく、任意数に改良可能である。
【００３１】
図８は、本発明に係る高周波加熱装置の第６の実施の形態のキャビティ上面の平面図である。
この高周波加熱装置６１は、キャビティ３の上壁３ａに３本に分岐した導波管１１ａ，１１ｂ，１１ｃによって、３個口の給電口７ａ，７ｂ，７ｃを装備するようにし、且つ、３個口の給電口７ａ，７ｂ，７ｃは、中央の給電口７ｂの位置を、他の給電口７ａ，７ｃとはずらしている。また、中央の導波管１１ｂは分岐基部１２において、他の導波管１１ａ，１１ｃと較べて横断面積が縮小した形態に絞り加工されている。なお、３本の導波管はいずれも縦型配置されている。
【００３２】
このようにすることで、加熱室２の上面からのマイクロ波の放射を更に加熱室２の広域に高密度で均一拡散させることが可能になり、被加熱物に対する加熱ムラの防止を更に徹底することができる。なお、中央の導波管１１ｂが絞り加工される理由は、他の導波管１１ａ，１１ｃと較べて、マグネトロン５から直線的に延伸してマイクロ波の誘導効率が高いため、これを制限して他の導波管１１ａ，１１ｃとのバランスを図ることによる。
【発明の効果】
本発明の高周波加熱装置によれば、キャビティによって画成された加熱室のより広範囲に、マイクロ波による加熱スポットの分布を広げることができ、被加熱物の表面のより広範囲の部分にマイクロ波が当たるようになる。
その結果、焼き深度の浅い５．８ＧＨｚのマイクロ波でも、例えば対向する双方向から被加熱物を加熱することで、実質的な焼き深度を２倍に強化することができ、加熱室内に電磁波攪拌手段を装備せずとも、被加熱物の表層及び内深部の全域に対して、加熱ムラの発生を抑止することができる。
従って、厚肉の被加熱物に対しても、加熱ムラの無い良好な加熱を実現でき、且つ電磁波攪拌手段の削除によって構造の簡略化やこれに伴う装置の小型化、或いは、製作コストや運転コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高周波加熱装置の第１の実施の形態の断面図である。
【図２】本発明に係る高周波加熱装置の第２の実施の形態の断面図である。
【図３】本発明に係る高周波加熱装置の第３の実施の形態の斜視図である。
【図４】（ａ）は２．４５ＧＨｚのマイクロ波を誘導する導波管の横断面図、（ｂ）は５．８ＧＨｚのマイクロ波を誘導する導波管の横断面図である。
【図５】本発明に係る高周波加熱装置の第４の実施の形態の斜視図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】本発明に係る高周波加熱装置の第５の実施の形態の断面図で、（ａ）（ｂ）は加熱室内のそれぞれ異なる加熱分布の電気力線を示した図である。
【図８】本発明に係る高周波加熱装置の第６の実施の形態の平面図である。
【図９】２．４５ＧＨｚ及び５．８ＧＨｚのマイクロ波の加熱分布特性の比較図である。
【符号の説明】
１  高周波加熱装置
２  加熱室
３  キャビティ
３ａ  上壁
３ｂ  後壁（側壁）
３ｃ  底壁
５  マグネトロン
７，９  給電口
７ａ，７ｂ，７ｃ  給電口
１１  導波管
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  導波管
１３  外殻筐体
１５  前面開閉扉
２１，３１，４１  高周波加熱装置
４３  面ヒータ
５１，６１  高周波加熱装置
【図１】
2004327293.tif 000003
【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】
2004327293.tif 000008
【図７】
2004327293.tif 000009
【図８】
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【図９】
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