(57)【要約】【課題】焼き切り型オーブンに組み込まれる電子レンジを高効率化及び均一加熱性能向上を目的とする。【解決手段】オーブン箱４の天面中央に略円筒形状の攪拌室５を設け、その天面中央に導波管１の終端１ａを設け、中心軸６を攪拌室５、導波管１両者の中央に位置せしめた管内波長が導波管１のそれと等しい円筒導波管２を回転させることにより、導波管１から円筒導波管２にスムーズに電力が伝達され、また最大電力を有する部分が回転することにより、オーブン箱４内部の電界攪拌が行われ、高効率均一加熱が実現できる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーブン箱と、攪拌室と、導波管と、アンテナとを有し、オーブン箱の天面略中央に攪拌室、攪拌室の天面中央に前記導波管の終端を配置し、この導波管と管内波長が互いに等しい円筒導波管である前記アンテナを、攪拌室の中央を通る垂直軸を中心に、前記導波管の内部電界方向とアンテナの円筒導波管内部電界方向とを一致させて回転させてなる電子レンジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、均一加熱性能を向上させたオーブン機能付き電子レンジに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、オーブン機能と電子レンジ機能とを組み合わせて一体化した商品は世界中で種々開発されてきたが、その殆どは一方の機能を多少犠牲にした上で一体化を成し遂げたと言える。オーブン調理の歴史の浅い日本で開発された商品は電子レンジ機能が重視され、オーブンは付属的に扱われるのに対して、欧米の本格的オーブンに組み込まれた電子レンジ機能は、均一加熱性能やエネルギー効率がやや劣る傾向にある。後者の例として、例えば、特開昭５８―１８１２８９号公報に記載されているようなものがあった。図９は、前記公報に記載された従来の電子レンジの主要部分断面図である。また、これとは別に、本発明と結果的に比較的類似の形状を持つ特開昭５２−６１４７号公報があるが、これに関しては作用の項で相違を説明する。
【０００３】
図９において、導波管１の終端付近のＥ面（図において導波管の底面）に回転アンテナ２の金属軸３が垂直に挿入され、この回転アンテナ２がオーブン箱４内部の天面中央付近に設けられた攪拌室５に収納された構成である。導波管１の上側には図示されてないがモーターが設けられ、それに結合されたセラミック製丸棒６が導波管１上面を貫通し、前記金属軸３に固定される。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５８−１８１２８９号公報
【特許文献２】
特開昭５２−６１４７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、導波管１からオーブン箱４への通過周波数帯域が狭い為に電力効率が低く、また導波管１が右から左に電力を伝達する構成であるからオーブン箱４への供給電界に左右差が生じ、しかもアンテナ２部分にマイクロ波電界が到達する途中の金属軸３から主要な電力が放射されてしまう為に攪拌性能、均一加熱性能が不十分となる。
【０００６】
周波数帯域が狭い理由は、当業者に良く知られるλ／４波長チョークの原理から容易に類推することができる。導波管１と金属軸３とはＴ字形状を成すから、一般にＴ分岐と呼ばれるが、このＴ分岐では、導波管１の終端から金属軸３までの距離Ｌが例えば波長λの１／４ならば、実線矢印で描いた入射波と破線矢印で描いた反射波との位相が互いに逆となり、打ち消し合う為に金属軸３には電力が伝達されない。周波数２４５０ＭＨｚにおいてこの電力が伝達されない距離λ／４は約３０ｍｍである。これより短い、２０ｍｍないし２５ｍｍ程度は広く採用されているが、この場合の伝達されない周波数は各々約３７００ＭＨｚ及び約３０００ＭＨｚとなる。つまり２４５０ＭＨｚは通過するもののそれ以上の高域は徐々に減衰して上記３０００又は３７００ＭＨｚでは０となる訳である。
【０００７】
一般にマグネトロンの出力測定には、一種のハイパスフィルターである、直線状の導波管が用いられるから、２４５０ＭＨｚ以上の周波数は、３７００ＭＨｚも含め基本的に全く減衰を受ける事無く通過する。これに対しＴ分岐は前述の如く高域が通過し難く、一種のバンドパスフィルターである。マグネトロンはこの直線状導波管、ハイパスフィルターで最高の効率が得られる様に設計されているから、バンドパスフィルターであるＴ分岐が接続されることにより効率が低下する。
【０００８】
当業者に良く知られる動作点の考え方で再度説明すると、直線状導波管の場合には２４５０ＭＨｚの動作点と、２４７５ＭＨｚあるいは２５００ＭＨｚの動作点の差は小さいが、従来例のＴ分岐ではその差が拡大する。何故なら３０００ないし３７００ＭＨｚは通過しないのであるから、その周波数におけるインピーダンスは無限大である。２４７５ＭＨｚや２５００ＭＨｚにおけるインピーダンスが２４５０Ｈｚの時より大きくなるのは当然であろう。マグネトロンの発振周波数は数十ＭＨｚの帯域幅を有するから、中心周波数たる２４５０ＭＨｚで高効率動作点、インピーダンスになる様に設計したとしても２４７５ＭＨｚでの動作点、インピーダンスが大きく変化し、効率の低い動作点に移動してしまえばマグネトロン全体の効率が低下する事は避けられないのである。
【０００９】
均一加熱性能は前述の如く導波管１が右からの電力供給を行っている事に起因する左右差が存在し、それを解消する機能を持ちあわせていない為に低いのである。図９のアンテナシステムから放射される電界は図中のＥ左、Ｅ右、Ｅ垂、Ｅ平とに分けられる。Ｅ平が大半であるならば、アンテナ２の回転に伴ってＥ平が回転する為に均一加熱が実現されると期待されるのであるが、金属軸３が導波管１内部電界から得た電流は攪拌室５内部を流れる時に電界Ｅ垂を放射し、その分アンテナ２の水平部分に到達する電流が減少してしまう。従って必然的に電界Ｅ垂は電界Ｅ平より大きい。その電界Ｅ垂はアンテナが回転してもその位置は変化しないので均一加熱効果、攪拌効果はほとんど無いと言える。さらに、アンテナの回転に左右されない成分として、金属軸３と導波管１底面の開口との間に生じる電界であるＥ右とＥ左とが有るが、電力供給自体が既に左右の方向性を持つのであるから、両者に差が有って当然である。これらを総合した結果、左右の加熱に差が生じ、攪拌効果は少ない。
【００１０】
蛇足であるが、この例が従来採用されていた最大の理由はそのコンパクトさと、セラミックで構成可能な点にある。欧米の本格的オーブンは５００℃程度の高温で汚れを焼き切る方式、あるいは汚れの分解を促進する触媒方式等のセルフクリーニングの少なくとも一方が採用されているものが大半である。従って焼き切り方式を採用の場合には、誘電体は耐熱に優れたガラスおよびセラミックに限定され、また、触媒方式採用の場合には、触媒塗布不可能領域を出来るだけ小さく限定する為に、攪拌室をコンパクトにするのである。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、本格的オーブン機能を持つと共に、効率が高く、均一加熱性能にも優れ、なおかつセラミックやガラスで構成可能なコンパクトな攪拌室を有する電子レンジを提供することを目的とする。
【００１２】
【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、本発明の電子レンジは、オーブン箱と、攪拌室と、導波管と、アンテナとを有し、オーブン箱の天面略中央に攪拌室、攪拌室の天面中央に前記導波管の終端を配置し、この導波管と管内波長が互いに等しい円筒導波管である前記アンテナを、攪拌室中央を通る垂直軸を中心として、前記導波管の内部電界方向とアンテナの円筒導波管内部電界方向とを一致させて回転させてなる構成である。
【００１３】
これによって、導波管と、アンテナたる円筒導波管とは互いに管内波長が等しく、かつ内部電界方向を一致させているので、導波管の電力はスムーズにアンテナに移行する。従って効率低下要因たる反射や周波数帯域減縮が無いので高効率が得られる。またそのアンテナが回転しているから伝送電力も回転し、その回転電界がオーブン箱に放射されるので良く攪拌され、均一加熱性能が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、オーブン箱と、攪拌室と、導波管と、アンテナとを有し、オーブン箱の天面略中央に攪拌室、攪拌室の天面中央に前記導波管の終端を配置し、この導波管と管内波長が互いに等しい円筒導波管である前記アンテナを、攪拌室中央を通る垂直軸を中心として、前記導波管の内部電界方向とアンテナの円筒導波管内部電界方向とを一致させて回転させてなる構成である。
【００１５】
これによって、導波管と、アンテナたる円筒導波管とは互いに管内波長が等しく、かつ内部電界方向を一致させているので、導波管の電力はスムーズにアンテナに移行する。従って効率低下要因たる反射や周波数帯域減縮が無いので高効率が得られる。またそのアンテナが回転しているから伝送電力も回転し、その回転電界がオーブン箱に放射されるので良く攪拌され、均一加熱性能が向上する。
【００１６】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例における電子レンジの主要部分の断面図を示すものである。導波管１は幅８６ｍｍ、高さ４０ｍｍの矩形断面を持ち、高さ方向で曲げられ、Ｃの字を伏せた様な形状をしている。一方の終端は短い垂直部分１ａを有し、円筒形状の攪拌室５の天面中央に固定される。攪拌室５はオーブン箱４の天面中央に固定される。攪拌室５の内部には直径約１００ｍｍ長さ６０ｍｍの円筒導波管である回転アンテナ２がセラミック丸棒６に固定された状態で収納される。
【００１８】
セラミック丸棒６は前記導波管１の４５度傾斜部分１ｂの壁面及び壁面に固定された金属製軸受７を貫通して外部に伸び、受動歯車８が取り付けられる。受動歯車８は駆動歯車９と勘合し、駆動歯車９はモーター１０の出力軸に取り付けられる。丸棒６は導波管１の終端１ａの中心、攪拌室５の円筒の中心軸、及びオーブン箱４のほぼ中央全てと一致する。導波管１の終端垂直部１ａの攪拌室５との結合部には薄いマイカ板製の蓋１１が取り付けられ、この中央に開けられた丸孔と、前記金属製軸受７とで丸棒６を、導波管１の終端１ａの中央を通って、垂直に支持する。攪拌室５の底面にはガラス板１２が金属製固定板１３により取り付けられる。
【００１９】
その下方、オーブン箱４の天面近くにシーズヒーター１４が取り付けられる。図には６個の小円を描いた如く、図の表面に垂直方向の直線部分が６本あり、これらを結ぶＵターン部分とから成る一筆書き形状である。オーブン箱４の左右壁面は凹凸の溝形状４ａが形成され、その凹溝に金属製すのこ網１５が着脱自在に挿入される。すのこ網１５は目の字形状であり、周囲の四角い額縁状の比較的太い線材１５ａの対向辺を結ぶ細い線材１５ｂから成り、細い線材１５ｂは、図には３２個の小さな円として描かれており、図の表面に垂直で互いに平行、中央付近は狭く、左右の周辺付近は広い間隔で固定される。図示の如く凹溝は３対あり、すのこ網１５は全ての凹溝に挿入可能である。導波管１の他端にはマグネトロン１６が取り付けられる。
【００２０】
図２は回転アンテナ２とセラミック丸棒６とが組み立てられた状態を示す斜視図である。セラミック丸棒６の上端付近には小さな丸穴６ａが開けられ、前述の受動歯車８との固定に用いられる。下部には二ヵ所、所謂Ｄカット部分６ｂ（本図２では良く見えない。図４参照）が設けられる。薄い金属板製、回転アンテナ２の円筒部分２ａは、固定部分２ｂで二重に重ねられて溶接され、直径約１００ｍｍ、高さ約６０ｍｍの円筒形状を持ち、円筒周囲に長短二種類のフィン２ｃ及び２ｄとを各々２枚、溶接する。固定部２ｂ周囲には細長い角孔２ｅ（図３参照）が合計４個開けられ、下端が左側に４５度曲がったｆ字形状、アルミナ磁器製のアンテナ固定具１７の４５度曲がった部分１７ａ（図５参照）が挿入される。ｆ字上端１７ｂの四半円部分とその下の突起部分とは前記セラミック丸棒６のＤカット部６ｂの半分に勘合する形状とする。一対のアンテナ固定具１７によりセラミック丸棒６のＤカット部分６ｂを両側から鋏み、この時、下端の４５度曲がった部分は互いに外側を向く。金具１８は両端を４５度折り曲げた〔形状（図６参照）であり、この両端４５度部分と前記アンテナ固定具１７下端の４５度曲がった部分とを接する様にして回転アンテナ２にビス止めする。その結果アンテナ固定具１７は回転アンテナ２の角孔２ｅの外側を支点として回動し、左右のｆ字上端部１７ｂが近づき、Ｄカット６ｂに勘合して回転アンテナ２とセラミック丸棒６とを固定する。本実施例ではセラミック丸棒６の中心と回転アンテナ２の円筒の中心とは約２０ｍｍ離した。その結果、円筒部分２ａの、固定部分２ｂのちょうど反対側を円筒頂点２ｆと名づけると、この円筒頂点２ｆ、長短２種類のフィン２ｃ、２ｄの先端とは同一円周上に位置し、その円の中心とセラミック丸棒の中心が一致する。
【００２１】
図３は回転アンテナ２の斜視図、図４はセラミック丸棒の斜視図、図５は固定具１７の斜視図であり、図６は固定金具１８の斜視図である。
【００２２】
以上のように構成された電子レンジについて、以下にその動作、作用を説明する。
【００２３】
まず、導波管１の寸法及びマグネトロン１６の発振周波数２４５０ＭＨｚと導波管１への取り付け方法により、内部には高さ４０ｍｍ方向の電界が発生する。その結果、終端１ａ付近で電界は図の左右方向を向く。図７はその電界を描いた平面図であり、導波管１の終端１ａ、攪拌室５及び回転アンテナ２を示す。図７の左は導波管１内部の電界を、右は回転アンテナ内部の電界を、左右に分けて描いた。上中下の差はアンテナ２の回転角度の差であり、時計廻りに上から４５度づつ回転した状態を示す。
【００２４】
左側半分の導波管１内部では、矢印で描いた電界は上述の如く左右方向を向き、導波管１の中央が強く、密集し、両端は弱く、疎らになる。最も強い位置は攪拌室５の中央でもある。いわゆるＨ０１モード、長方形導波管における最も遮断周波数の低いモードである。この電界により、右半分に描いたアンテナ２内部電界では、円筒の中心付近に密集した円弧状の電界が発生する。円筒導波管における最も低い遮断周波数を持つＨ１１モードである。電界の最も強い位置はアンテナ２の中央であり、攪拌室５の中央からは少しずれた位置、本実施例では前述の如く約２０ｍｍ離れた位置である。導波管１の終端１ａを垂直に取付け、円筒導波管である回転アンテナ２の中心軸も垂直にし両者を接近させたので図の左右方向に電界を持つ導波管１のＨ０１モードから、同じく左右方向の電界である円筒導波管のＨ１１モードにスムーズに変換されるのである。時計廻りに角度が変化し、円筒の中心位置が変化しても、円筒は左右方向の電界を受け、常に左右方向のＨ１１モードを維持する。つまり円筒導波管２を円筒の中心と平行な軸を中心として回転させているので常に両導波管の電界が一致する訳である。もしも回転アンテナ２が長方形であれば、電力がスムーズに流れる角度と、ほとんど流れない角度とが存在し、攪拌効果は激減する。
【００２５】
アンテナ２の長さを６０ｍｍ、約半波長とした理由は、アンテナ上部、導波管１に面した部分においてまだ主力である左図に類似の電界が、円筒導波管としてのアンテナ内部を半波長進むことにより本来の円筒導波管の電界分布に変化すると考えるからである。実際、長さを５０ｍｍ、４０ｍｍと短縮すると攪拌効果が減少し、食品の均一加熱性能が低下する。
【００２６】
この結果、円筒導波管の中心部にある強い電界が、半径約２０ｍｍの円軌道で回転し、オーブン箱４内部の電界分布を攪拌、均一化する。
【００２７】
以上のように、本実施例においては、オーブン箱と、攪拌室と、導波管と、アンテナとを有し、オーブン箱の天面略中央に攪拌室、攪拌室の天面中央に前記導波管の終端を配置し、この導波管と管内波長が互いに等しい円筒導波管である前記アンテナを、攪拌室中央を通る垂直軸を中心として、前記導波管の内部電界方向とアンテナの円筒導波管内部電界方向とを一致させて回転させたことにより、導波管と、アンテナたる円筒導波管とは互いに管内波長が等しく、かつ内部電界方向を一致させているので、導波管の電力はスムーズにアンテナに移行する。従って焼き切りクリーニング機能や、酸化触媒によるクリーニング機能付きの本格的オーブンに組み込む必要上、狭い底面積の攪拌室内部のみに可動機構を収納するにも関わらず、効率低下要因たる反射や周波数帯域減縮が無いので高効率が得られる。またそのアンテナが回転しているから伝送電力も回転し、その回転電界がオーブン箱に放射されるので良く攪拌され、均一加熱性能の優れた電子レンジを実現することができる。
【００２８】
前述の従来例、特開昭５２−６１４７号公報は円筒形状の回転アンテナ（５）と、管内波長が等しい断面長方形の突出し導波管（２）とを有する点で本発明と同一であるが、二つの点で異なる。一つはオーブン箱の底面と上面との差である。従来例は回転アンテナを底面、食品載置台の直下に設けている為に、食品との結合が強く、しかも原理上、回転半径が小さい（本発明では半径２０ｍｍ）ので、食品底面中央のみが強く加熱され、それ以外との差が大きくなってしまう。その点本発明は上面に設けた結果、食品との直接結合では無く、回転アンテナ２はオーブン箱４と結合され、回転に伴いオーブン箱内部の電界パターンが変化するいわゆる電界攪拌が行われる為に極端な部分過熱は生じない。
【００２９】
もう一つは攪拌室５の有無である。長方形の導波管を通過した電力が全て円筒導波管たる回転アンテナに導かれるとは限らないから、一部は長方形導波管から直接輻射される。従来例ではこの直接輻射電力を効果的に攪拌する手段が欠落している。回転アンテナは内部を通過する電力を攪拌する能力は優れているとしても、内部を通過しない電力の攪拌機能は期待できない。これに対し、本発明は円筒形状の攪拌室５を設けているから、回転アンテナ２内部を通過しない電力は、全て回転アンテナ２と攪拌室５との二つの平行な円筒の間を通過する。図８はこの回転アンテナ２内外の想像される電界を描いた平面図である。内部を実線で、外部は二点鎖線で描いた。一般に二つの円筒が同軸であれば軸を中心とした放射状の電界分布が得られる事が知られており、軸が偏った場合は図８の如く３６０度均等な放射状から、少し偏った電界分布になると考えられる。この偏心同軸線路も半波長の長さを有しているので、偏った電界分布も回転アンテナ２の回転に伴って回転し、設計次第では効果的な攪拌が期待できる。
【００３０】
なお本発明では長短二種類のフィン２ｃ及び２ｄを設ける事により回転アンテナ２外部の電界を抑制し、設計の単純化を図っている。つまり金属板であるフィン２ｃ、２ｄは図８に二点鎖線で描いた電界と平行になる様に設けたものである。電磁気学の教えでは金属表面において、電界は金属に垂直な成分のみを有するから、二点鎖線で描かれた電界は存在困難になる。その結果回転アンテナ２の外部を通過する電力が抑制されるのである。
【００３１】
また、本実施例では、図１の説明で触れた如く、シーズヒーター１４は主要部分が前後に走る構成であり、導波管１及び回転アンテナ２内部の電界が図７で示した様に常に左右方向であるから両者は垂直に交り、電界へ与える影響が小さい。もしもシーズヒーター１４が左右に走る構成であったら電界と平行になり、シーズヒーター１４の下方へ通過する電界を減少させてしまう。同様にすのこ網１５の細い線材１５ｂも前後に走る為に電界への影響が小さく、金属製すのこ網であるにも関わらず、上下に電力が通過し易く、すのこ網上に直接置いた食品の底面をも加熱できる。一般に、金属製食品載置台上に置かれた食品は底面が加熱され難いと言われる。
【００３２】
図９の従来例では金属軸３が貫通する導波管１の底面に開けられる孔は、一般に小さい程攪拌効果が増大すると考えられており、従ってその付近は電界が集中してスパークが発生し易くなる。それを防止する為、表面を波形にして沿面距離を増大させた誘電体による両者の絶縁が必須であった。その絶縁物には当然損失があるからそれがまた効率低下をもたらしていた。その点、本発明は金属軸が不要であり、導波管１の終端も小さくする必要がなく、マイカ薄板などの沿面距離が小さい平板でもスパークが発生し難いのである。その結果損失が最少に抑えられ、また導波管内部へのオーブン箱の熱気侵入を防止できる。
【００３３】
導波管１はＣの字を伏せた様な形状であり、垂直な終端部１ａ上部の４５度傾斜部分１ｂに金属製軸受７と受動歯車８を設けたので、導波管１より低い位置に部品全てを収納する事ができた。また下端が４５度曲がり上端がｆ字形状のセラミック製固定具、角孔２ｅ、固定金具１８によりＤカット部６ｂを挟持する事により形状制約が多いアルミナ磁器製丸棒６を金属製の回転アンテナ２に確実に固定できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、焼き切り型あるいは触媒壁式の欧米本格的オーブンに組み込み可能で、かつ高効率、均一加熱性能に優れた電子レンジを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における電子レンジの断面図
【図２】本発明の実施例１における回転アンテナ付近の斜視図
【図３】本発明の実施例１における回転アンテナの斜視図
【図４】本発明の実施例１における丸棒の斜視図
【図５】本発明の実施例１における固定具の斜視図
【図６】本発明の実施例１における固定金具の斜視図
【図７】本発明の実施例１における回転アンテナ付近の平面図
【図８】本発明の実施例１における回転アンテナ付近の平面図
【図９】従来の電子レンジの要部断面図
【符号の説明】
１　導波管
１ａ　導波管終端
２　回転アンテナ
４　オーブン箱
５　攪拌室
６　中心軸（丸棒）
【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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