(57)【要約】【課題】加熱ムラの発生を抑制し、厚肉の被加熱物であっても迅速に均一加熱処理が可能な高周波加熱装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】被加熱物Ｍを収容する加熱室１１に高周波発生部から高周波を供給し、被加熱物Ｍを加熱処理する高周波加熱装置１００であって、高周波発生部が、周波数が２．４５ＧＨｚの高周波を発生する第１高周波発生部１３と、周波数が５．８ＧＨｚの高周波を発生する第２高周波発生部１５とを備えた。【選択図】  図１
2004335361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を収容する加熱室に高周波発生部から高周波を供給し、被加熱物を加熱処理する高周波加熱装置であって、
前記高周波発生部が、周波数が２．４５ＧＨｚの高周波を発生する第１高周波発生部と、周波数が５．８ＧＨｚの高周波を発生する第２高周波発生部とを備えた高周波加熱装置。
【請求項２】
前記第１高周波発生部へ駆動電力を供給する第１インバータ回路と、
前記第２高周波発生部へ駆動電力を供給する第２インバータ回路と、
これらインバータ回路により前記第１高周波発生部と前記第２高周波発生部とを同時に又は交互に駆動する駆動制御部とを備えた請求項１記載の高周波加熱装置。
【請求項３】
前記第１高周波発生部及び第２高周波発生部へ駆動電力を供給する単一のインバータ回路と、
前記第１高周波発生部と前記第２高周波発生部への給電を交互に切り替えて駆動する駆動制御部とを備えた請求項１記載の高周波加熱装置。
【請求項４】
前記加熱室の上面に設けられ高周波を前記加熱室内に導入する上側給電口と、前記加熱室の下面に設けられ高周波を前記加熱室内に導入する下側給電口とを備え、該上側給電口と下側給電口のそれぞれから前記第１高周波発生部又は前記第２高周波発生部からの高周波を個別に導入する請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の高周波加熱装置。
【請求項５】
前記加熱室の空間を上下に分割する仕切板を設けた請求項４記載の高周波加熱装置。
【請求項６】
前記仕切板が高周波発熱体を備え、高周波の照射により発熱する請求項５記載の高周波加熱装置。
【請求項７】
前記加熱室の上側給電口から前記第２高周波発生部からの高周波を前記加熱室内に導入する請求項４〜請求項６のいずれか１項記載の高周波加熱装置。
【請求項８】
前記加熱室が、開口部を有する加熱室本体と、該開口部を開閉自在に覆う開閉扉とを有し、前記加熱室本体と前記開閉扉とが対向する部分の少なくとも一方に、電波洩れ防止用のチョークが形成され、
該チョークが前記第１高周波発生部と前記第２高周波発生部からの各高周波を遮蔽するものである請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の高周波加熱装置。
【請求項９】
被加熱物を収容する加熱室に高周波発生部から高周波を供給し、被加熱物を加熱処理する高周波加熱装置の制御方法であって、
前記高周波発生部から、周波数が２．４５ＧＨｚの高周波と周波数が５．８ＧＨｚの高周波とを同時に又は交互に前記加熱室に供給する高周波加熱装置の制御方法。
【請求項１０】
前記各周波数のうち、いずれか一方の高周波を加熱初期に出力し、加熱開始から所定時間経過後又は所定温度到達後にいずれか他方の高周波の出力を開始する請求項９記載の高周波加熱装置の制御方法。
【請求項１１】
前記各周波数を同時に出力する場合に、各高周波の出力を、高周波出力のための駆動電力の合計が高周波加熱装置の定格電力を超えないように少なくともいずれか一方の出力を制限する請求項９又は請求項１０記載の高周波加熱装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加熱物を収容する加熱室に高周波を供給して被加熱物を加熱する高周波加熱装置及びその制御方法に関し、特に５．８ＧＨｚの周波数成分を含む高周波を使用する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従前より、被加熱物を収容する加熱室に高周波を供給して被加熱物を加熱調理する高周波加熱装置が、食材の加熱調理用として広く利用されている。この種の高周波加熱装置は、周波数が２．４５ＧＨｚの高周波を発生するマグネトロンを搭載し、発生させた高周波を加熱室内に供給している。加熱室内では、高周波の供給により定在波が形成され、この発生する定在波の波長は約１２ｃｍとなり、その１／２の約６ｃｍの間隔で電界の強い実質的な加熱スポットが発生することになる。しかし、この加熱スポットの間隔は、加熱調理する食材の大きさと比較すると長いため、食材中に存在し得る加熱スポットの分布密度が低くなり、食材が部分的に加熱されて加熱ムラが生じやすくなる傾向があった
そこで、使用する高周波の周波数を２．４５ＧＨｚから５．８ＧＨｚに変更して前記加熱スポットの間隔を狭め、これにより加熱スポットの分布密度を高めて被加熱物の加熱ムラを低減させようとする技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平３−２０３１９１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、５．８ＧＨｚの高周波は、２．４５ＧＨｚの高周波と比較すると加熱スポットの分布密度が高くなる反面、被加熱物への吸収深さが浅くなるため、被加熱物が厚肉である場合には、被加熱物の表面が主に加熱され、被加熱物の内部が加熱不足になるといった加熱ムラが生じやすくなる。
従って、加熱分布が密となる５．８ＧＨｚの高周波では、被加熱物が薄肉である場合は良好な均一加熱効果が期待できるが、厚肉の被加熱物に対しては深さ方向に加熱ムラが大きくなり、結局は均一加熱が困難になる。なお、厚肉の場合でも被加熱物の表面から熱伝導により内部が加熱されるが、内部に熱が伝わるまでには時間がかかり、高周波加熱の最大の利点である急速加熱効果が奏されないことになる。
【０００５】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、加熱ムラの発生を抑制し、厚肉の被加熱物であっても迅速に均一加熱処理が可能な高周波加熱装置及びその制御方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は下記構成により達成される。
（１）被加熱物を収容する加熱室に高周波発生部から高周波を供給し、被加熱物を加熱処理する高周波加熱装置であって、前記高周波発生部が、周波数が２．４５ＧＨｚの高周波を発生する第１高周波発生部と、周波数が５．８ＧＨｚの高周波を発生する第２高周波発生部とを備えた高周波加熱装置。
【０００７】
この高周波加熱装置によれば、加熱効果の高い周波数が２．４５ＧＨｚの高周波と、加熱分布が均一な周波数が５．８ＧＨｚの高周波との２種類の高周波を加熱室に供給することができ、加熱ムラの発生を抑制して、厚肉の被加熱物であっても迅速に均一加熱処理が可能となる。
【０００８】
（２）前記第１高周波発生部へ駆動電力を供給する第１インバータ回路と、前記第２高周波発生部へ駆動電力を供給する第２インバータ回路と、これらインバータ回路により前記第１高周波発生部と前記第２高周波発生部とを同時に又は交互に駆動する駆動制御部とを備えた（１）記載の高周波加熱装置。
【０００９】
この高周波加熱装置によれば、第１高周波発生部と第２高周波発生部への駆動電力をそれぞれ別個のインバータ回路で供給するので、各高周波発生部から同時に又は交互に高周波を出力させることができ、また、出力強度も可変にできるため、複雑な加熱パターンであっても簡単に制御が行える。
【００１０】
（３）前記第１高周波発生部及び第２高周波発生部へ駆動電力を供給する単一のインバータ回路と、前記第１高周波発生部と前記第２高周波発生部への給電を交互に切り替えて駆動する駆動制御部とを備えた（１）記載の高周波加熱装置。
【００１１】
この高周波加熱装置によれば、単一のインバータ回路により第１高周波発生部と第２高周波発生部への給電を制御できるため、駆動制御部の回路構成が簡略化され、設置に必要とするスペースが小さく済み、装置の小型軽量化に寄与することができる。
【００１２】
（４）前記加熱室の上面に設けられ高周波を前記加熱室内に導入する上側給電口と、前記加熱室の下面に設けられ高周波を前記加熱室内に導入する下側給電口とを備え、該上側給電口と下側給電口のそれぞれから前記第１高周波発生部又は前記第２高周波発生部からの高周波を個別に導入する（１）〜（３）のいずれか１項記載の高周波加熱装置。
【００１３】
この高周波加熱装置によれば、上側給電口と下側給電口とのそれぞれから第１高周波発生部又は第２高周波発生部からの高周波を個別に加熱室へ導入するので、高周波の加熱特性に応じた最適な位置から各高周波を照射可能になる。
【００１４】
（５）前記加熱室の空間を上下に分割する仕切板を設けた（４）記載の高周波加熱装置。
【００１５】
この高周波加熱装置によれば、加熱室の空間を上下に分割することにより、上側空間に一方の高周波を供給し、下側空間に他方の高周波を供給することができ、各高周波を個別の空間に供給して加熱することができる。
【００１６】
（６）前記仕切板が高周波発熱体を備え、高周波の照射により発熱する（５）記載の高周波加熱装置。
【００１７】
この高周波加熱装置によれば、仕切板の高周波発熱体が高周波の照射により発熱するので、この仕切板に載置された被加熱物を輻射熱や伝導熱により加熱して、被加熱物に焦げ目を付けることができる。また、加熱室を暖めて予熱効果を持たせることもできる。
【００１８】
（７）前記加熱室の上側給電口から前記第２高周波発生部からの高周波を前記加熱室内に導入する（４）〜（６）のいずれか１項記載の高周波加熱装置。
【００１９】
この高周波加熱装置によれば、第２高周波発生部からの５．８ＧＨｚの高周波が上側給電口から供給されるので、加熱室内の被加熱物を均一に加熱することができる。
【００２０】
（８）前記加熱室が、開口部を有する加熱室本体と、該開口部を開閉自在に覆う開閉扉とを有し、前記加熱室本体と前記開閉扉とが対向する部分の少なくとも一方に、電波洩れ防止用のチョークが形成され、該チョークが前記第１高周波発生部と前記第２高周波発生部からの各高周波を遮蔽するものである（１）〜（７）のいずれか１項記載の高周波加熱装置。
【００２１】
この高周波加熱装置によれば、小型のチョークでありながら、開閉扉が閉じられたときに、加熱室内部に供給される２種類の異なる周波数の高周波が洩れ出すことがない。
【００２２】
（９）被加熱物を収容する加熱室に高周波発生部から高周波を供給し、被加熱物を加熱処理する高周波加熱装置の制御方法であって、前記高周波発生部から、周波数が２．４５ＧＨｚの高周波と周波数が５．８ＧＨｚの高周波とを同時に又は交互に前記加熱室に供給する高周波加熱装置の制御方法。
【００２３】
この高周波加熱装置の制御方法によれば、周波数が２．４５ＧＨｚの高周波と周波数が５．８ＧＨｚの高周波とを同時に又は交互に前記加熱室に供給することにより、加熱効果の高い２．４５ＧＨｚの高周波と、均一加熱効果の高い５．８ＧＨｚの高周波とが選択的に供給可能となるので、被加熱物の形状や加熱目的に応じた適切な高周波を供給して効率の良い加熱処理を行うことができる。
【００２４】
（１０）前記各周波数のうち、いずれか一方の高周波を加熱初期に出力し、加熱開始から所定時間経過後又は所定温度到達後にいずれか他方の高周波の出力を開始する（９）記載の高周波加熱装置の制御方法。
【００２５】
この高周波加熱装置の制御方法によれば、加熱効果の高い周波数が２．４５ＧＨｚの高周波を加熱初期に供給し、被加熱物を一気に昇温させ、また、所定時間経過後或いは所定温度到達後に周波数が５．８ＧＨｚの高周波を供給することで、加熱温度の均一化を図り、被加熱物を温度分布の少ない均一加熱状態にすることができる。また、これとは逆に先に５．８ＧＨｚの高周波を供給して、２．４５ＧＨｚの高周波を後から供給する場合には、加熱後半に強く加熱する調理等に好適な加熱パターンとなる。
【００２６】
（１１）前記各周波数を同時に出力する場合に、各高周波の出力を、高周波出力のための駆動電力の合計が高周波加熱装置の定格電力を超えないように少なくともいずれか一方の出力を制限する（９）又は（１０）記載の高周波加熱装置の制御方法。
【００２７】
この高周波加熱装置の制御方法によれば、各高周波の出力が定格電力を超えるような場合には、いずれか一方の高周波の出力を制限して、高周波出力のための駆動電力の合計が高周波加熱装置の定格電力を超えないようにできる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る高周波加熱装置及びその制御方法の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る高周波加熱装置の概念的な構成図、図２は高周波加熱装置の高周波駆動部の構成図である。
【００２９】
図１に示すように、この高周波加熱装置１００は、被加熱物Ｍを収容する加熱室１１に高周波を供給して被加熱物Ｍを加熱処理するものであって、高周波発生部として、周波数が２．４５ＧＨｚの高周波を発生する第１高周波発生部１３と、周波数が５．８ＧＨｚの高周波を発生する第２高周波発生部１５を備えている。また、高周波加熱装置１００には、これらを発振駆動する高周波駆動部１７、制御部１９とが設けられ、この制御部１９には、加熱開始を指示するスタートスイッチや、加熱内容を設定するメニュースイッチ等の入力操作部２１と、各種情報を表示する表示部２３が接続されている。制御部１９は、入力操作部２１からの入力内容に基づいて高周波発生部を駆動制御して、載置台２０上の被加熱物Ｍを所望の条件で加熱する。
【００３０】
第１高周波発生部１３は、周波数が２．４５ＧＨｚの高周波を発振するマグネトロン２５と、マグネトロン２５のアンテナ２５ａから出力された高周波を加熱室１１の底面側に設けた下側給電口２７へ導く下側導波管２９とを有している。また同様に、第２高周波発生部１５は、周波数が５．８ＧＨｚの高周波を発振するマグネトロン３１と、マグネトロン３１のアンテナ３１ａから出力された高周波を加熱室１１の上面側に設けた上側給電口３３へ導く上側導波管３５とを有している。
【００３１】
高周波駆動部１７は、図２に一例を示すように、各マグネトロン２５，３１を個別に駆動するインバータ回路を備えている。マグネトロン２５を駆動する第１インバータ回路３７には、商用電源４９からの電力がダイオードブリッジ等の整流回路５１によって全波整流されて供給され、これを高周波電圧に変換した後に昇圧トランス５３の一次巻線５５に印加する。すると、昇圧トランス５３の二次巻線５７に数ｋＶの高周波の高電圧が発生する。そして、この高周波高電圧は、コンデンサ５８やダイオード５９からなる倍電圧整流回路６１によって整流されて、マグネトロン２５に高電圧が印加される。また、昇圧トランス５３のヒータ巻線６３は、マグネトロン２５のフィラメント６５に接続され、フィラメント６５を加熱する。そして、マグネトロン２５は、フィラメント６５の加熱と高電圧の印加により高周波を発振する。
【００３２】
上記のマグネトロン２５を駆動する第１インバータ回路３７、昇圧トランス５３、及び倍電圧整流回路６１の各構成は、マグネトロン３１を駆動する第２インバータ回路６７、昇圧トランス６９、及び倍電圧整流回路７１の構成と同様であるので、同一の機能を有する部分については同一の符号を付与することでその説明は省略するものとする。
【００３３】
そして、第１インバータ回路３７と第２インバータ回路６７には駆動制御部７３が接続されており、駆動制御部７３が双方の回路の駆動タイミングや給電配分等を制御部１９からの制御信号を受けて制御する。
【００３４】
ここで、加熱室１１に供給する２種類の周波数の高周波に対する電波洩れ防止用のチョークについて説明する。
図３に高周波加熱装置１００の外観斜視図を示した。箱形の加熱室１１は、高周波加熱装置１００の一側面となる前面側に開閉自在に取り付けられた開閉扉７５により開口し、この開口部から加熱室１１内への被加熱物の出し入れを可能とする構成になっている。つまり、加熱室１１は、開口部を有する加熱室本体７７が、開閉扉７５により開閉自在になるため、開閉扉７５からの電波洩れを防止するためのチョーク７９が、加熱室本体７７と対向する開閉扉７５の部分に形成されている。このチョーク７９は加熱室本体７７側の開閉扉７５と対向する部分に形成してもよい。
【００３５】
ここで、図４に図３のＡ−Ａ断面（ａ）とＢ−Ｂ断面（ｂ）、及び図５にチョークの斜視図を示した。このチョーク７９の形状に関しては、特許第１５０４２０１号に記載のチョークと周波数は異なるものの略同様の構成となっている。即ち、図４（ａ）に示すように、開閉扉７５を形成する金属板８３の端部で、折り曲げ加工により溝８５を形成することで基端側壁面８７を形成し、さらに金属板８３の先端をＵ字状に折り曲げて、溝幅がｂ１の開孔部側溝８５ａと、溝幅がｂ２の短絡側溝８５ｂの壁面を形成している。そして、図５に示すように、開孔部側溝８５ａの側で、導線幅をａ１，ａ３、短絡側溝８５ｂの側で導線幅をａ２，ａ４として複数の導体片８１ａを形成している。
また、図４（ｂ）のＢ−Ｂ断面においては、開孔部側溝８５ａの側で溝幅をｂ３、短絡側溝８５ｂの側でｂ４として、前記導体片８１ａと同様の形状の導体片８１ｂを複数形成している。
【００３６】
これら導体片８１ａ，８１ｂは溝８５内に互い違いに収容され、溝８５の開孔端は溝カバー８９によって覆われており、また、開閉扉７５の外側はドアカバー９１で覆われている。上記構成のチョーク７９では、断面Ａ−Ａで示す溝における特性インピーダンスの比Ｋ１は、（１）式で表される。
【００３７】
【数１】
2004335361.tif 000003
【００３８】
また、断面Ｂ−Ｂで示す溝における特性インピーダンスの比Ｋ２は、（２）式で表される。
【００３９】
【数２】
2004335361.tif 000004
【００４０】
上記Ｋ１、Ｋ２の各値は、溝の深さ（Ｌ１＋Ｌ２）と（Ｌ３＋Ｌ４）が同一になるようにそれぞれ設定している。なお、εｅｆｆ１、εｅｆｆ２はそれぞれの溝部の実効誘電率である。
【００４１】
ここで、溝開孔部側溝の特性インピーダンス、長さ、位相定数をＺＯ１、Ｌ１，β１とし、溝短絡部側溝の特性インピーダンス、長さ、位相定数をＺＯ２、Ｌ２，β２とする。そして、溝の開孔端から短絡端までの距離（溝の深さ）をＬ（ｔｏｔａｌ）とするとＬ（ｔｏｔａｌ）＝Ｌ１＋Ｌ２  となる。上記条件で溝の開孔端のインピーダンスＺは（３）式で表せる。
【００４２】
【数３】
2004335361.tif 000005
但し、Ｋ＝ＺＯ２／ＺＯ１
【００４３】
本実施形態では、特性インピーダンスがＺＯ２  ≠ＺＯ１  であるから、（３）式において特性インピーダンスの比Ｋの値は、Ｋ≠１となる。溝の開孔端のインピーダンスＺを無限大にするためには、（３）式の分母がゼロになればよいので、１＝Ｋｔａｎβ１Ｌ１・ｔａｎβ２Ｌ２  を満たせばよい。そのため、前記Ｋ１，Ｋ２の値は、ａ１，  ａ２，  ａ３，  ａ４  及び、ｂ１，  ｂ２，  ｂ３，  ｂ４を調整することで任意に設定できるので、これらＫ１、Ｋ２を適切に設定することにより、１つの溝で２．４５ＧＨｚと５．８ＧＨｚとの２種類の周波数に対してシール効果を持たせることができる。
【００４４】
即ち、５．８ＧＨｚの高周波に対する溝の深さ（Ｌ３＋Ｌ４）と２．４５ＧＨｚの溝の深さ（Ｌ１＋Ｌ２）とが同一になるように特性インピーダンス比Ｋの値を決定する。例えば、２．４５ＧＨｚに対する特性インピーダンス比Ｋ１に基づき、溝の深さ（Ｌ１＋Ｌ２）を決定し、それに合致するように、５．８ＧＨｚに対する特性インピーダンス比Ｋ２の値を決定する。例えば開閉扉の厚みを２０ｍｍ程度とする場合、Ｋ１＞１、Ｋ２＜１の組み合わせとすることで、２．４５ＧＨｚと５．８ＧＨｚとの２種類の高周波に対して有効に作用する電波洩れ防止用溝を構成することができる。
【００４５】
上述したように、本実施形態のチョークの構成では、加熱室本体７７と開閉扉７５とが対向する部分の少なくとも一方に１つ以上の溝を設け、この溝の少なくとも一つの壁面は、溝の長手方向に間隔をおいて連続的に並べ、かつ、溝の壁面に平行な導体片群により構成され、導体片を溝幅が周期的に変化するように配置して導線路を構成し、溝内で誘電率、導線路幅、溝幅のうち少なくともいずれか１つを変化させて溝の開口部の特性インピーダンスと、溝の短絡端部の特性インピーダンスの比を周期的に変えることにより、異なる２つの周波数の高周波を同時に遮蔽することが可能となる。
【００４６】
以上説明した高周波加熱装置の構成においては、図６に高周波加熱装置の一部概略断面を示すように、必要に応じて電波撹拌用のスタラー羽根９３を導波管２９の下側給電口２７近傍に設け、スタラー羽根９３の回転駆動により加熱室１１へ供給する電波を強制的に撹拌して、より均一な加熱が図れるようにしてもよい。
【００４７】
また、図７に高周波加熱装置の概略断面図を示すように、加熱室１１の底面に回転自在に軸支されたターンテーブル９５を設け、均一加熱を図る構成としてもよい。この場合には、第１高周波発生部１３を第２高周波発生部１５と共に加熱室１１の上側に配置して、第２高周波発生部１５の上側給電口３３の近傍から高周波を加熱室１１内に供給する構成としてもよく（図７（ａ）参照）、また、第１高周波発生部１３を加熱室１１の側面に設け、側面から高周波を加熱室１１内に供給する構成としてもよい（図７（ｂ）参照）。
【００４８】
次に、本発明に係る高周波加熱装置１００の作用を説明する。
本発明の高周波加熱装置１００を用いて、被加熱物Ｍを加熱処理する際、加熱室１１には、第１高周波発生部１３からの２．４５ＧＨｚの高周波、及び第２高周波発生部１５からの５．８ＧＨｚの高周波の少なくともいずれか一方が個別に或いは同時に供給される。
図８に加熱室１１に現れるある瞬間の定在波の状態を一例として示した。（ａ）は２．４５ＧＨｚの高周波、（ｂ）は５．８ＧＨｚの高周波、（ｃ）は２．４５ＧＨｚと５．４５ＧＨｚの高周波の合波として示している。
【００４９】
図８（ａ）に示す２．４５ＧＨｚの高周波では、加熱量が多くなる電界の波腹の部分の間隔（加熱スポットの間隔）が約６ｃｍとなり、例えば３０ｃｍの長さの被加熱物Ｍに対しては、直線上に定在波の波腹の部分が僅か５点程度しか含み得ない。従って、被加熱物Ｍには加熱スポット位置とそれ以外の位置とでは昇温特性に大きく差が生じて加熱ムラが生じやすくなる。
一方、図８（ｂ）に示す５．８ＧＨｚの高周波では、加熱スポットの間隔が約２．６ｃｍとなり、上記長さでは直線上で１０点以上の加熱スポットが被加熱物Ｍに含み得る。このため、被加熱物Ｍが均等に加熱されて被加熱物Ｍの場所による加熱ムラが生じにくくなる。
【００５０】
しかし、５．８ＧＨｚの高周波では、被加熱物Ｍに対する吸収深さが浅くなる傾向があり、２．４５ＧＨｚの高周波が被加熱物Ｍの表面から約５〜７ｃｍであるのに対し、５．８ＧＨｚの高周波では表面から約２〜３ｃｍと浅くなる。従って、５．８ＧＨｚの高周波のみ用いて被加熱物Ｍを加熱する場合には、被加熱物Ｍが薄肉のものであればよいが、厚肉の場合は、被加熱物Ｍの内部と表面との間で温度差が大きくなり、加熱ムラが生じやすくなる。
【００５１】
そこで、図８（ｃ）に示すように、２．４５ＧＨｚの高周波と５．８ＧＨｚの高周波とを同時に供給することで、被加熱物Ｍが厚肉の場合でも加熱ムラを小さく抑えて均一加熱を実現することが可能となる。即ち、２．４５ＧＨｚの高周波と５．８ＧＨｚの高周波が重なり合うと、加熱量が小さくなる定在波の谷の部分でもバイアスが上がることで加熱効果が得られ、これにより高周波の加熱効果の均等化が図れ、被加熱物Ｍの場所や厚みによらない均一加熱が実現できる。
【００５２】
上記各高周波の特性とこれによる加熱効果の違いを纏めて表１に示した。
【表１】
2004335361.tif 000006
【００５３】
被加熱物Ｍの加熱分布特性に関しては、５．８ＧＨｚの高周波が表面積の大きいピザや肉スライス品等の加熱に好適に利用でき、加熱ムラの発生を抑えることができる反面、２．４５ＧＨｚの高周波は前述した加熱ポイントが少ないために加熱ムラが生じやすくなる。しかし、５．８ＧＨｚの高周波と組み合わせることで薄肉品であっても均一加熱が実現できる。また、厚肉の被加熱物に対しては２．４５ＧＨｚの高周波の方が有利となり、５．８ＧＨｚの高周波では、被加熱物の内部にまで熱が通らずに、表面からの熱伝導による加熱となって加熱時間が長くかかる傾向があるが、２．４５ＧＨｚの高周波との組み合わせにより、被加熱物内部まで迅速な加熱が可能となる。
なお、２．４５ＧＨｚの高周波と５．８ＧＨｚの高周波を交互に切り替えて供給する場合でも、実質的に上記同様の効果を得ることができる。
以上のように、異なる周波数の高周波を用い、また、各々の電力配分を調整することにより、種々の形態の定在波分布を形成でき、ムラの少ない加熱、さらには局部的な加熱処理が実現できる。
【００５４】
次に、本発明に係る高周波加熱装置の第２実施形態を説明する。
図９に本実施形態の高周波加熱装置の概念的な断面構成図を示した。なお、前述した第１実施形態の構成と同一の機能を有する部材に対しては同一の符号を付与することでその説明は省略するものとする。
本実施形態の高周波加熱装置２００は、図９に示すように、加熱室１１の下側から第１高周波発生部１３からの２．４５ＧＨｚの高周波を供給し、加熱室１１の上側から第２高周波発生部１５からの５．８ＧＨｚの高周波を供給する構成であって、加熱室１１の全高Ｈに対して、加熱室１１上面から距離ｈの位置に加熱室１１の空間を上下に分割する仕切板９７を設けている。
仕切板９７は、加熱室１１に対して複数の高さ位置に容易に脱着自在とされており、加熱室１１の壁面に形成した係止部９９に支持されて取り付けられる。この仕切板９７は、図１０に仕切板の断面図を示すように、被加熱物の載置面となる金属板１０１と、金属板１０１に対峙してあるいは接触して配置される高周波発熱体１０３と、高周波発熱体１０３を金属板１０１に固定すると共に加熱室１１側の係止部９９と係合する固定部材１０５とを有する。
【００５５】
金属板１０１は、アルミメッキ鋼板からなり、金属板１０１自体を波形として凹凸を形成したり、金属板上１０１に凸部を形成したりすることで表面に波状の凹凸を設けている。なお、アルミメッキ鋼板の表側面には防汚効果の高いフッ素塗装を施し、裏側面には吸熱効果の高い黒色耐熱塗装を施している。
高周波発熱体１０３は、金属板１０１側とは反対側の面に、高周波を吸収して発熱する窒化物及び硼化物からなる高周波発熱膜１０３ａを基体１０３ｂに密着させて形成している。基体１０３ｂは、セラミック材又は耐熱樹脂材からなり、蓄熱効果の高い材料が好適に用いられる。
固定部材１０５は、仕切板９７の加熱室１１への挿入方向に沿って両脇側に設けられた絶縁体からなり、加熱室１１との間に隙間を形成することで、高周波加熱時におけるスパークの発生を防止している。
【００５６】
また、金属板１０１を波形にすることで、高周波吸収膜１０３ａと金属板１０１のとの距離が遠くなり、これにより、高周波吸収膜１０３ａ上における電界強度が高くなり、高周波吸収膜１０３ａ上での発熱量が増加する効果も得られる。なお、高周波発熱体１０３として、裏面に高周波発熱膜１０３ａを設けた構成以外にも、高周波発熱体自身を高周波で発熱するセラミックで形成してもよい。
【００５７】
金属板１０１として、金属製のアルミメッキ鋼板を用いたが、表面で高周波を反射するものであれば、セラミック質の基材に金属メッキや金属蒸着等で高周波の反射層を設けたもの等も利用でき、さらには、ステンレス、アルミニウム及びアルミニウム合金、亜鉛メッキ鋼板、アルミ亜鉛合金メッキ鋼板や銅メッキ鋼板などの各種メッキ鋼板、冷間圧延鋼板、クラッド材等も用いることができる。また、高周波吸収膜８１として窒化物や硼化物を用いたが、酸化スズ、酸化インジウム等の金属酸化物、及び複合酸化物等も用いることができる。
【００５８】
上記構成の高周波加熱装置２００によれば、加熱室１１が上側空間と下側空間と２つの空間に分割され、それぞれの空間で所望の加熱処理が実施できる。
即ち、この高周波加熱装置２００では、加熱室１１の上側空間１１ａに第２高周波発生部１５からの５．８ＧＨｚの高周波が供給され、また、加熱室１１の下側空間１１ｂに第１高周波発生部１３からの２．４５ＧＨｚの高周波が供給される。上側空間１１ａの仕切板９７上に載置された被加熱物Ｍは、上側から供給される５．８ＧＨｚの高周波により加熱され、また、下側から供給される２．４５ＧＨｚの高周波による高周波発熱体１０３の発熱によっても加熱される。この場合、上側空間１１ａでは、所謂グリル調理が行われる。一方、下側空間１１ｂでは、被加熱物Ｍを加熱室１１の底面に載置することで、２．４５ＧＨｚの高周波加熱がなされることとなる。
【００５９】
なお、上記の仕切板９７に高周波発熱体１０３を設けない構成としてもよい。その場合には、上側空間においては、下側からの高周波による加熱を制限して上側からの高周波加熱を主体に被加熱物Ｍを加熱処理することができる。
【００６０】
また、上側から供給する高周波を５．８ＧＨｚ、下側から供給する高周波を２．４５ＧＨｚとしても構わない。
【００６１】
上記構成によれば、前述した各周波数の高周波を共通の加熱室１１に供給する以外にも、それぞれ個別の加熱空間１１ａ，１１ｂを形成して、それぞれの空間１１ａ，１１ｂで個別に各周波数の高周波による加熱が実施できる。これにより、被加熱物Ｍの大きさに対して必要以上の空間を用意して必要以上の加熱エネルギを供給することがなく、任意の大きさに空間を設定することで、無駄の少ない高効率な加熱が可能となる。
【００６２】
なお、脱着自在な仕切板９７に代えて固定型の仕切構造とし、各周波数の高周波による個別の加熱空間を形成する構成としてもよい。この場合には、仕切板９７の脱着動作が不要となり、加熱操作が単純化できる。
【００６３】
ここで、高周波加熱装置１００の高周波駆動部１７の構成を単純化した構成例を説明する。
図２に示すように、高周波駆動部１７には各マグネトロン２５，３１を個別に駆動するインバータ回路をそれぞれ備えていたが、図１１に示す高周波駆動部の他の構成例を示すように、単一のインバータ回路で駆動する構成としてもよい。つまり、インバータ回路１０７に接続され、且つ駆動するマグネトロンを切り替えるための切り替えスイッチ１０９を切り替え制御する駆動制御部１１１を備え、切り替えスイッチ１０９を制御部１９（図１参照）からの信号に基づいて適宜なタイミングで切り替え制御することで、２．８ＧＨｚの高周波と２．４５ＧＨｚの高周波を交互に出力可能にした構成となっている。
【００６４】
上記構成の高周波駆動部１８によれば、２つの異なる種類のマグネトロン２５，３１を単一のインバータ回路で駆動することができるので、高周波駆動部１８の回路構成を大幅に簡略化でき、必要とする設置スペースが小さく済み、装置の小型軽量化に寄与することができる。
【００６５】
次に、第１高周波発生部１３と第２高周波発生部１５の駆動制御について説明する。
制御部１９（図１参照）は、電源からの電力を第１高周波発生部１３である２．４５ＧＨｚ用のマグネトロン２５と第２高周波発生部１５である５．８ＧＨｚ用のマグネトロン３１とに分配する信号を駆動制御部７３（図２参照）に出力し、駆動制御部７３は、この分配信号を受けて第１インバータ回路３７と第２インバータ回路６７とに給電配分する。
【００６６】
このときの、第１高周波発生部１３、第２高周波発生部１５への給電パターンについて、図１２〜図１５を用いて説明する。
図１２は５．８ＧＨｚと２．４５ＧＨｚの高周波を交互に出力するパターンである。この給電パターンによれば、交互に出力が行われ、双方の高周波を同時に出力することがないので、各高周波の出力を高周波加熱装置の定格電力まで印加して出力させることができる。従って、各高周波発生部を最大の出力にして被加熱物を効率良く加熱することができる。
【００６７】
図１３は５．８ＧＨｚと２．４５ＧＨｚの高周波を同時に出力するパターンである。このときの出力は、双方の高周波の合計電力が高周波加熱装置の定格電力を超えないように制御される。図中には、定格電力をＰとしたときに例えば双方の高周波の電力をそれぞれＰ／２に設定する状態を示した。電力分配の割合は、これ以外にも任意の割合に設定でき、また、例えば所定時間経過後に電力分配の割合を変更することも可能である。
【００６８】
図１４は２．４５ＧＨｚの高周波を先に出力して５．８ＧＨｚの高周波を後から出力するパターンである。このパターンによれば、被加熱物の温度が低い加熱初期に、加熱効果が比較的高い２．４５ＧＨｚの高周波を供給して被加熱物を一気に昇温させ、また、所定時間経過後或いは所定温度到達後に５．８ＧＨｚの高周波を供給することで、加熱温度の均一化を図り、温度分布の少ない均一加熱状態にすることができる。また、これとは逆に先に５．８ＧＨｚの高周波を出力して２．４５ＧＨｚの高周波を後から出力するパターンとしてもよい。この場合には、加熱後半に強く加熱する調理等に好適となる。なお、加熱後半の各高周波を同時に出力する際に、各高周波を図１２に示すような交互に出力するパターンにしてもよい。その場合には、各出力を最大出力まで印加することができる。
【００６９】
図１５は５．８ＧＨｚの高周波のみ出力するパターンである。このパターンでは特に薄肉の被加熱物の加熱に好適となり、温度分布の少ない状態に仕上げることができる。また、２．４５ＧＨｚの高周波のみ出力するパターンとしてもよい。この場合には、従前同様の高周波加熱が行える。
【００７０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る高周波加熱装置によれば、被加熱物を収容する加熱室に高周波発生部から高周波を供給し、被加熱物を加熱処理する高周波加熱装置であって、高周波発生部が、周波数が２．４５ＧＨｚの高周波を発生する第１高周波発生部と、周波数が５．８ＧＨｚの高周波を発生する第２高周波発生部とを備えることにより、加熱効果の高い周波数が２．４５ＧＨｚの高周波と、加熱分布が均一な周波数が５．８ＧＨｚの高周波との２種類の高周波を加熱室に供給することができ、加熱ムラの発生を抑制して、厚肉の被加熱物であっても迅速に均一加熱処理が可能となる。
また、本発明に係る高周波加熱装置の制御方法によれば、周波数が２．４５ＧＨｚの高周波と周波数が５．８ＧＨｚの高周波とを同時に又は交互に前記加熱室に供給することにより、加熱効果の高い２．４５ＧＨｚの高周波と、均一加熱効果の高い５．８ＧＨｚの高周波とが選択的に供給可能となるので、被加熱物の形状や加熱目的に応じた適切な高周波を供給して効率の良い加熱処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高周波加熱装置の概念的な構成図である。
【図２】高周波加熱装置の高周波駆動部の構成図である。
【図３】電波洩れ防止用のチョークを説明するための高周波加熱装置の外観斜視図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面（ａ）とＢ−Ｂ断面（ｂ）を示す断面図である。
【図５】チョークの斜視図である。
【図６】スタラー羽根を説明するための高周波加熱装置の一部概略断面である。
【図７】高周波加熱装置の概略断面図であって、（ａ）は２．４５ＧＨｚの高周波の上方給電、（ｂ）は側方給電を示す説明図である。
【図８】加熱室に現れるある瞬間の定在波の状態で（ａ）は２．４５ＧＨｚの高周波、（ｂ）は５．８ＧＨｚの高周波、（ｃ）は２．４５ＧＨｚと５．４５ＧＨｚの高周波の合波を示す説明図である。
【図９】仕切板により加熱室を上下に分割した周波加熱装置の概念的な断面構成図である。
【図１０】仕切板の断面図である。
【図１１】高周波駆動部の他の構成例を示す構成図である。
【図１２】第１高周波発生部、第２高周波発生部への給電パターンであって、５．８ＧＨｚと２．４５ＧＨｚの高周波を交互に出力するパターンを示す説明図である。
【図１３】第１高周波発生部、第２高周波発生部への給電パターンであって、５．８ＧＨｚと２．４５ＧＨｚの高周波を同時に出力するパターンを示す説明図である。
【図１４】第１高周波発生部、第２高周波発生部への給電パターンであって、２．４５ＧＨｚの高周波を先に出力して５．８ＧＨｚの高周波を後から出力するパターンを示す説明図である。
【図１５】第１高周波発生部、第２高周波発生部への給電パターンであって、５．８ＧＨｚの高周波のみ出力するパターンを示す説明図である。
【符号の説明】
１１  加熱室
１３  第１高周波発生部
１５  第２高周波発生部
１７  高周波駆動部
１９  制御部
２５  マグネトロン（２．４５ＧＨｚ用）
２７  下側給電口
２９  下側導波管
３１  マグネトロン（５．８ＧＨｚ用）
３３  上側給電口
３５  上側導波管
３７  第１インバータ回路
６７  第２インバータ回路
７３  駆動制御部
７５  開閉扉
７７  加熱室本体
７９  チョーク
８１  導体片
８３  金属板
８５  溝
９７  仕切板
１００，２００  高周波加熱装置
１０９  切り替えスイッチ
１１１  駆動制御部
Ｍ  被加熱物
【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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