(57)【要約】【課題】  インダクタンス値が実用的な広い可変範囲を有するコンパクトな構造からなるインダクタンス可変素子により、電極間の被加熱物を誘電加熱する卓上タイプの高周波加熱装置を提供することを目的とする。【解決手段】  インダクタンス可変素子２２は、単一コイル２２ａ〜２ｄを少なくとも２連以上並列配置し、各単一コイルを直列接続した構成としたことにより、インダクタンス可変値を個々の単一コイルに分配させ、コンパクトな構造にて要求される可変範囲を満たすインダクタンス可変素子を提供することができ、卓上タイプの高周波加熱装置が実現できる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を挟む電極と、前記電極に給電する高周波を発生する高周波電源と、前記高周波電源と電極との間に設けた整合回路とを備え、前記整合回路を構成するインダクタンス可変素子は、単一コイルを少なくとも２連以上並列配置するとともに各単一コイルを直列接続した高周波加熱装置。
【請求項２】
単一コイルは線材を用いて構成し、コイルの巻きピッチＰとコイル線材直径ｄとの関係がＰ＝２ｄとなる形状をインダクタンス可変範囲の略中央値に設定した請求項１に記載の高周波加熱装置。
【請求項３】
単一コイルは平角線を用いて構成し、コイルの巻きピッチＰと平角線の幅広寸法Ｗとの関係がＰ＝Ｗとなる形状をインダクタンス可変範囲の略中央値に設定した請求項１に記載の高周波加熱装置。
【請求項４】
隣接の単一コイルは、対向するコイルに流れる電流の方向を同一方向とした請求項１に記載の高周波加熱装置。
【請求項５】
隣接の単一コイルは、対向するコイルに流れる電流の方向を逆方向とした請求項１に記載の高周波加熱装置。
【請求項６】
並列配置の連数は偶数とし、インダクタンス可変素子の入力端子と出力端子とを略同一平面とした請求項１に記載の高周波加熱装置。
【請求項７】
２連単位にて単一コイルの長手方向の長さを伸縮する伸縮手段を付加した請求項１に記載の高周波加熱装置。
【請求項８】
単一コイルを少なくとも４連以上の並列配置とし、２連単位で単一コイルのコイルの巻数を異ならした請求項１または請求項７に記載の高周波加熱装置。
【請求項９】
単一コイルを少なくとも４連以上の並列配置とし、２連単位で単一コイルのコイル直径を異ならした請求項１または請求項７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、被加熱物を電極間に挟んで誘電加熱する高周波加熱装置に関し、特に、整合回路の構成要素であるインダクタンス可変素子に特徴を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の高周波加熱装置に適用できる整合回路は、インダクタンス可変素子を用いて構成した２個の直列素子と１個のコンデンサからなる並列素子により形成したＴ型整合回路としたもの（例えば、特許文献１参照）や、変成器を含むものがある（例えば、特許文献２参照）。また、インダクタンス可変素子の具体的構成としては、コアをコイル内部に出し入れするものがある（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平５−２７５９６１号公報
【特許文献２】特許再公表２０００−５１４５０号公報
【特許文献３】特開２００１−２５０６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の構成では、被加熱物の種類や形状や量に対応させるために要求されるインダクタンス値の可変範囲を満足させるにはインダクタンス可変素子の大型化が避けられず卓上型のコンパクトな高周波加熱装置を構成することが難しい課題を有していた。
【０００４】
例えば、Ｔ型整合回路は、可変範囲を十分広くとるには、コイル長さが長大になる課題を有しているし、変成器を用いるものは、切り替えタップの数が多く必要であり構成の大型化が避けられない。また、コアを出し入れする構成は、コイル自体の小型化は図れるが、コアの発熱を抑制するための冷却系の大型化が避けられなかった。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、インダクタンス値が実用的な広い可変範囲を有するコンパクトな構造からなるインダクタンス可変素子により、卓上タイプの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】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の高周波加熱装置は、高周波電源と電極との間に設ける整合回路を構成するインダクタンス可変素子は、単一コイルを少なくとも２連以上並列配置するとともに各単一コイルを直列接続した構成としている。
【０００７】
これにより、インダクタンス可変値を個々の単一コイルに分配させ、コンパクトな構造にて要求される可変範囲を満たすインダクタンス可変素子を提供することができ、卓上タイプの高周波加熱装置が実現できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の高周波加熱装置は、コンパクトな構造にて要求される可変範囲を満たすインダクタンス可変素子を得て、卓上タイプの高周波加熱装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、被加熱物を挟む電極と、前記電極に給電する高周波を発生する高周波電源と、前記高周波電源と電極との間に設けた整合回路とを備えた高周波加熱装置において、前記整合回路を構成するインダクタンス可変素子は単一コイルを少なくとも２連以上並列配置するとともに各単一コイルを直列接続した構成からなる高周波加熱装置とすることにより、インダクタンス可変値を個々の単一コイルに分配させ、コンパクトな構造にて要求される可変範囲を満たすインダクタンス可変素子を提供することができ、卓上タイプの高周波加熱装置が実現できる。
【００１０】
第２の発明は、特に、第１の発明の高周波加熱装置において、単一コイルは線材を用いて構成し、コイルの巻きピッチＰとコイル線材直径ｄとの関係がＰ＝２ｄとなる形状をインダクタンス可変範囲の略中央値に設定したものであり、コイルのＱ値を使用頻度の高いインダクタンス値の略中央値で最大化し、高周波電源の発生電力を被加熱物に最大限に供給させることができる。
【００１１】
第３の発明は、特に、第１の発明の高周波加熱装置において、単一コイルは平角線を用いて構成し、コイルの巻きピッチＰと平角線の幅広寸法Ｗとの関係がＰ＝Ｗとなる形状をインダクタンス可変範囲の略中央値に設定したものであり、使用頻度の高いインダクタンス値の略中央値で平角線でのＱ値を最大化して高周波電源からの出力を高効率に被加熱物に供給するとともに、平角線を用いることでコイル長手方向の伸縮に対するコイル素材が被る機械的応力を解消し、様々な被加熱物との整合状態を良好に形成できるインダクタンス可変範囲の広い整合回路が提供できる。
【００１２】
第４の発明は、特に、第１の発明の高周波加熱装置において、隣接の単一コイルは、対向するコイルに流れる電流の方向を同一方向としたものであり、各単一コイルを連結する配線部分をクロス構成にでき、このクロス部分を支持固定させることで２連以上並列配置の単一コイルを均等性よく伸縮させることができる。
【００１３】
第５の発明は、特に、第１の発明の高周波加熱装置において、隣接の単一コイルは、対向するコイルに流れる電流の方向を反対方向としたものであり、並列に連結させる単一コイルを同一方向に巻く方法を採ることができ、並列連結コイルを容易に製造することができる。
【００１４】
第６の発明は、特に、第１の発明の高周波加熱装置において、インダクタンス可変素子の並列配置の連数は偶数とし、インダクタンス可変素子の入力端子と出力端子とを略同一平面としたものであり、並列配置において各単一コイルの長手方向の長さを伸縮させてインダクタンス値を可変する可変構成が容易に実現できるとともに、インダクタンス可変素子の入力出力端子の実装処理が簡単にできる。
【００１５】
第７の発明は、特に、第１の発明の高周波加熱装置において、２連単位にて単一コイルの長手方向の長さを伸縮する伸縮手段を付加したものであり、コイルの長さの伸縮を精度よく行うことができ、加熱中の整合状態変化に対して整合状態を高精度に追尾制御することができる。
【００１６】
第８の発明は、特に、第１または第７の発明の高周波加熱装置において、単一コイルを少なくとも４連以上の並列配置とし、２連単位で単一コイルのコイルの巻数を異ならしたものであり、２連単位でインダクタンス値の可変制御を粗調と微調とに組合せることができ、様々な被加熱物に対する加熱初期の整合状態をすばやく行うことができる。
【００１７】
第９の発明は、特に、第１または第７の発明の高周波加熱装置において、単一コイルを少なくとも４連以上の並列配置とし、２連単位で単一コイルのコイル直径を異ならしたものであり、２連単位でインダクタンス値の可変制御を粗調と微調とに組合せることができ、様々な被加熱物に対する加熱初期の整合状態をすばやく行うことができる。
【００１８】
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。
【００１９】
（実施の形態１）
図１〜図４は、本発明の実施の形態１における高周波加熱装置を示すものである。
【００２０】
図１に示すように、被加熱物１０は、絶縁材料からなる載置板１１上に載置され、電極１２、１３は被加熱物１０を挟で設けられている。電極１２は、載置板１１の下方直下に載置板１１と略平行に設けた高圧側の電極、電極１３は、被加熱物１０の上方に配するアース側の電極である。アース側の電極１３は、少なくとも２本の導電性アーム１４により支持されている。この導電性アーム１４のうち少なくとも１本の両端はそれぞれ加熱室１５の対向壁面１６、１７に設けた穴を貫通させて配置し、またその導電性アーム１４の一端側には導電性アーム１４を回転支持する駆動手段であるモータ１８を設けている。このモータ１８の動作を制御することで、アース側の電極１３は、載置板１１に対して略平行に昇降する。また、導電性アーム１４は、スパイラル形状のリード線１９を介してアース側の電極１３を電気的に短絡させている。このアース側の電極１３と載置板１１との隙間の最小値は略２０ｍｍとしている。また、加熱室１５には被加熱物１０を出し入れする扉（図示していない）を設けている。
【００２１】
前記電極１２、１３に給電する高周波を発生する高周波電源２０は、１３．５６ＭＨｚ帯あるいは２７．１２ＭＨｚ帯の高周波を発生する。そして、前記高周波電源２０と電極１２、１３との間に設けた整合回路２１は、誘導性インピーダンス可変素子であるインダクタンス可変素子２２と容量性インピーダンス可変素子２３とで構成し、インダクタンス可変素子２２は高圧側電極１２に直列接続とし、容量性インピーダンス可変素子２３はインダクタンス可変素子２２とアース側電極１３との間に並列接続としている。また、インダクタンス可変素子２２は、詳細は後述するが、単一コイルを少なくとも２連以上並列配置するとともに各単一コイルを直列接続した構成とし、各単一コイルの長さ方向を伸縮させることでインダクタンス値を変化させる構成としている。また、容量性インピーダンス可変素子２３は、複数のコンデンサを用いて各コンデンサを接続したり切り離したりして容量を離散的に変化させる構成としている。
【００２２】
また、整合回路２１と高周波電源２０との間に設けた電力検知部２４は、ＣＭ型ＳＷＲ回路を用いて構成している。この電力検知部２４は、高周波電源２０から整合回路２１を経て電極側に給電される入射電力および電極側から高周波電源２０に戻ってくる反射電力を検出するものである。駆動電源２５は、高周波電源２０を構成する各回路に供給する電力を発生する。制御部２６は、電力検知部２４が検出する入射電力および反射電力の検知信号に基づいて整合回路２１の各可変素子の値を選択可変制御させるものである。また、制御部２６は、駆動電源２５の出力も制御する。
【００２３】
次に、上記構成の動作と作用について図２を用いて説明する。図２は、整合回路２１の動作と作用をスミスチャート上に示したものである。
【００２４】
被加熱物を載置板１１の上に載置し、アース側の電極１３を下降可動させて、高圧側の電極１２と略平行な状態にアース側の電極１３を設定した時の電極部のインピーダンスは、一例として２．０−ｊ２５０Ωである（図２の中でこのインピーダンス点は２７で示す）。この電極部のインピーダンスを高周波電源２０の出力インピーダンスである５０Ωに変換する作用を行うものが整合回路２１である。この整合回路２１の動作の理想的な一例を図２に示す。すなわち、直列接続した誘導性インピーダンス可変素子であるインダクタンス可変素子２２を適切なインダクタンス値にすることで、電極部のインピーダンス（点２７）は、点２８に変換され、さらに容量性インピーダンス可変素子２３を適切なインピーダンス値にすることで、点２８を点２９（すなわち高周波電源２０の出力インピーダンスである５０Ω）に変換する。
【００２５】
電極部のインピーダンスは、被加熱物１０の形状や種類に応じて変化するが、基本的には容量性インピーダンス値であり、誘導性インピーダンス可変素子のみを直列に介在させることにより、整合状態を形成するときの制御状態のイメージを視覚的かつ直感的に判断でき、整合回路２１の制御の単純化に一役を担わせることができる。
【００２６】
次に、図３および図４を用いて、図１の要部回路構成および本発明の実施の形態１におけるインダクタンス可変素子２２の構成について説明する。
【００２７】
図３において、インダクタンス可変素子２２は、単一コイル２２ａ〜２２ｄを４連並列配置とし、固定のコイル支持板３０と可動式のコイル支持板３１をコイルの両端側に配置している。可動式のコイル支持板３１は、コイル支持板３１の中央部においてネジ山加工を施した回転軸３２とネジ組立している。また、この回転軸３２の一端には回転駆動モータ３３の出力軸を圧入組立し、モータ３３の回転方向を制御して回転軸３２を回転させることで、コイル支持板３１を、図の矢印に示すように、上下方向に移動させる。このコイル支持板３１の移動に伴って各単一コイル２２ａ〜２２ｄの長手方向の長さが伸縮し、インダクタンスの値を可変させている。なお、インダクタンス可変素子２２は、各壁面に通風穴を設けた金属ケース３４内に内蔵されている。
【００２８】
このようなインダクタンス可変素子２２の構成により、インダクタンス可変値を個々の単一コイル２２ａ〜２２ｄに分配させ、コンパクトな構造にて要求される可変範囲を満たすインダクタンス可変素子２２を提供することができ、卓上タイプの高周波加熱装置が実現できる。
【００２９】
一方、容量性インピーダンス可変素子２３は固定コンデンサ２３ａ〜２３ｃを備え、固定コンデンサ２３ｂ、２３ｃはそれぞれ、さらにスイッチ３５ａ、３５ｂを備えている。スイッチを備えない固定コンデンサ２３ａは５００ｐＦ前後の容量値とし、他の固定コンデンサ２３ｂ、２３ｃは、それぞれ１００ｐＦ、２００ｐＦとしている。
【００３０】
インダクタンス可変素子２２のモータ３３、容量性インピーダンス可変素子２３のスイッチ３５ａ、３５ｂの制御は、電力検知部２４が検出する入射電力と反射電力の値に基づき、反射電力が最小になるように駆動動作され、あるいは選択される。
【００３１】
図４はインダクタンス可変素子２２の具体的な構成例を示す。
【００３２】
図に示すように、インダクタンス可変素子２２は、断面丸型の線材を用いて各単一コイル２２ａ〜２２ｄを構成している。また、隣接する各単一コイルは対向する単一コイルに流れる電流の方向が同一となるように線材を巻いている。これにより、各単一コイルの端面側で各単一コイルを連結する部分は、図に示すようにクロスした配線となる。このクロス部分を利用して各単一コイルの連結部分を線材固定部材３６ａ〜３６ｃによってコイル支持板３０、３１に固定させている。また、インダクタンス可変素子２２の入力端および出力端のコイル線材も線材固定部材３７ａ、３７ｂにてコイル支持板３０に固定している。なお、前記構成部材以外に、モータ３３の支持台３８、コイル支持板３０を金属ケース３４から所定の隙間にて支持固定する支持柱３９ａ〜３９ｃ、線材固定部材３６ｂとともにネジ山加工を施した回転軸３２を回転支持する支持部材４０をも備えている。
【００３３】
このような構成からなるインダクタンス可変素子２２は、モータ３３を駆動してコイル支持板３１を図において上下方向に移動させ、各単一コイル２２ａ〜２２ｄの長手方向の長さを伸縮してインダクタンス値を変化させる。また各単一コイル２２ａ〜２２ｄは、線材直径ｄとコイル巻きピッチＰ１との関係がＰ１＝２ｄとなる時のインダクタンス可変素子２２のインダクタンス値を、インダクタンス可変素子２２の可変範囲の略中央値に対応させている。
【００３４】
これにより、コイルのＱ値を使用頻度の高いインダクタンス値の略中央値で最大化し、高周波電源２０の発生電力を被加熱物１０に最大限に供給させることができる。
【００３５】
また、隣接した単一コイルは、対向する単一コイルに流れる電流の方向を同一とすることで、後述する電流の流れる方向を逆方向にした場合と比べて、隣接間隔を小さくしてもインダクタンスの減少分が少ないことを利用して並列配置方向の構成寸法をコンパクトに構成することができる。
【００３６】
さらにまた、単一コイルの並列配置の連数は偶数としている。これにより、インダクタンス可変素子２２の入力端子と出力端子とを略同一平面に配置でき、単一コイルの並列配置において、コイル長を伸縮させてインダクタンス値を可変する可変構成が容易に実現できるとともに、インダクタンス可変素子２２の入力出力端子の実装処理を簡単にできる。
【００３７】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における高周波加熱装置のインダクタンス可変素子を示すものである。
【００３８】
本実施の形態２においては、隣接の単一コイル４１ａ〜４１ｄは、対向する単一コイルに流れる電流の方向を逆方向とした点で、実施の形態１と相違するものである。
【００３９】
すなわち、この構成を採ると、隣接する単一コイル４２ａ〜４２ｃ間を連結する部分は、図に示すように、非クロス配線となる。そして、このような構成を用いることで、並列に連結させる単一コイルを同一方向に巻く方法を採ることができ、並列連結コイルを容易に製造することができる。
【００４０】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における高周波加熱装置のインダクタンス可変素子を示すものである。
【００４１】
本実施の形態３においては、２連単位にて単一コイルの長手方向の長さを伸縮する構成とした点で、実施の形態１と相違するものである。
【００４２】
すなわち、図に示すように、隣接する単一コイル４３ａおよび単一コイル４３ｂだけに対して、それら単一コイルの長手方向の長さを伸縮させるために、可動するコイル支持板４４、コイル支持板４４の中央部にねじ組立したねじ山加工した回転軸４５、その回転軸４５を回転駆動するモータ４６を配している。また、隣接する単一コイル４７ａおよび単一コイル４７ｂに対しても同様のコイル支持板４８、コイル支持板４８の中央部にねじ組立したねじ山加工した回転軸４９、その回転軸４９を回転駆動するモータ５０を配している。
【００４３】
このような構成とすることで、単一コイルにおける長手方向の長さの伸縮を精度よく行うことができ、加熱中の整合状態変化に対して整合状態を高精度に追尾制御することができる。
【００４４】
（実施の形態４）
次に、図７は、本発明の実施の形態４における高周波加熱装置のインダクタンス可変素子を示すものである。
【００４５】
本実施の形態４においては、単一コイルを少なくとも４連以上の並列配置とするとともに、２連単位にて単一コイルの長手方向の長さを伸縮する構成とし、さらに２連単位で単一コイルの直径を異ならした構成としている点で、実施の形態３と相違するものである。
【００４６】
すなわち、図７に示すように、２連単位の単一コイル５１ａと５１ｂとは同一のコイル直径Ｄ１とし、他の２連単位の単一コイル５２ａと５２ｂとは同一のコイル直径Ｄ２（Ｄ１＞Ｄ２）としている。なお、コイルピッチおよび巻数は同じとしている。
【００４７】
このような構成とすることで、単一コイルの長さを同じだけ縮めた場合、コイル直径の大きい方がインダクタンスの変化分を大きくできる。これを利用して、すなわち、２連単位でインダクタンス値の可変制御を粗調と微調とに組合せることができ、様々な被加熱物１０に対する加熱初期の整合状態をすばやく行うことができる。また、この作用効果は、２連単位でのコイルの巻数を異ならすことでも実現できる。
【００４８】
（実施の形態５）
次に、図８は、本発明の実施の形態５における高周波加熱装置のインダクタンス可変素子を示すものである。
【００４９】
本実施の形態５においては、単一コイルとして、平角線を用いた点で、各実施の形態と相違するものである。図はコイル部分だけを示し、コイル支持板、回転軸あるいは回転軸駆動用モータなどの構成部材は省略して示している。
【００５０】
図（ａ）（ｂ）に示すように、インダクタンス可変素子５３は、平角線を用いて各単一コイル５３ａ〜５３ｄを構成している。各単一コイル間はクロス配線としている。単一コイル５３ａ〜５３ｄはそれぞれ同一構成とし、コイルの巻きピッチＰ２と平角線の幅広寸法Ｗとの関係がＰ２＝Ｗとなる形状をインダクタンス値の可変範囲の略中央値と設定している。
【００５１】
これにより、使用頻度の高いインダクタンス値の略中央値で平角線でのＱ値を最大化して高周波電源からの出力を高効率に被加熱物１０に供給し、被加熱物１０をスピード加熱することができる。また、平角線を用いることで、コイル長手方向の伸縮に対するコイル素材が被る機械的応力を解消し、様々な被加熱物との整合状態を良好に形成できるインダクタンス可変範囲の広い整合回路を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明の高周波加熱装置は、コンパクトな構造にて要求される可変範囲を満たすインダクタンス可変素子を提供することができるので、被調理物の調理や、被加熱物の乾燥等にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態１における高周波加熱装置の構成図
【図２】同高周波加熱装置の整合回路の作用を説明するスミスチャート
【図３】同高周波加熱装置の主要部の回路構成図
【図４】同高周波加熱装置のインダクタンス可変素子の構成図
【図５】本発明の実施の形態２における高周波加熱装置のインダクタンス可変素子の構成図
【図６】本発明の実施の形態３における高周波加熱装置のインダクタンス可変素子の構成図
【図７】本発明の実施の形態４における高周波加熱装置のインダクタンス可変素子の構成図
【図８】本発明の実施の形態５における高周波加熱装置のインダクタンス可変素子の構成図
【符号の説明】
【００５４】
１０  被加熱物
１２、１３  電極
２０  高周波電源
２１  整合回路
２２、５３  インダクタンス可変素子
２２ａ〜２２ｄ、４１ａ〜４１ｄ、４３ａ、４３ｂ、４７ａ、４７ｂ、５１ａ、５１ｂ、５３ａ〜５３ｄ  単一コイル
Ｐ１、Ｐ２  巻きピッチ
ｄ  線材の直径
Ｗ  平角線の幅広寸法
【図１】
2005056782.tif 000003
【図２】
2005056782.tif 000004
【図３】
2005056782.tif 000005
【図４】
2005056782.tif 000006
【図５】
2005056782.tif 000007
【図６】
2005056782.tif 000008
【図７】
2005056782.tif 000009
【図８】
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