(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室内に設け前記被加熱物を載置する載置台と、前記載置台を回転駆動する第一駆動手段と、前記加熱室内に放射する高周波を発生する高周波発生手段と、前記高周波発生手段によって発生した高周波を前記加熱室に放射する給電口と、前記加熱室を形成する壁面に設けた開口部と、前記開口部を一端とする溝部と、前記溝部内に設け前記開口部のインピーダンスを可変するために回転駆動される非金属材料からなるインピーダンス可変手段と、前記インピーダンス可変手段を回転駆動する第二駆動手段と、前記第一駆動手段と第二駆動手段の動作を制御する制御手段とを備えた高周波加熱装置。
【請求項２】
前記被加熱物の重量を検出する検出手段をさらに設け、制御手段が前記検出手段の検出信号に基づき、被加熱物量が少ない場合や被加熱物が小さい場合は、載置台の回転速度とインピーダンス可変手段の回転速度とを同期させ、被加熱物が多数個の場合や被加熱物が大きい場合は、前記載置台の回転速度と前記インピーダンス可変手段の回転速度とを非同期にさせることを特徴とする請求項１記載の高周波加熱装置。
【請求項３】
制御手段は、載置台の回転速度に対してインピーダンス可変手段の回転速度を速くしたことを特徴とする請求項２記載の高周波加熱装置。
【請求項４】
制御手段は、第一駆動手段のみを動作させる制御モードを有した請求項１記載の高周波加熱装置。
【請求項５】
制御手段は、第二駆動手段のみを動作させる制御モードを有した請求項１記載の高周波加熱装置。
【請求項６】
第一駆動手段の回転動作および停止動作と、第二駆動手段の回転動作および所望回転角度での停止動作とを装置使用者が指定できる構成とした請求項１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、食品等の被加熱物を加熱する高周波加熱装置に関し、特に加熱室内の定在波分布を変化させ加熱むらをなくすものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高周波加熱装置を図を用いて説明する。図８は高周波加熱装置の概略構成図である。１は高周波加熱装置本体、２はマイクロ波を発生する高周波発生手段であるマグネトロン、３はマグネトロンから発生したマイクロ波を導く導波管、４は食品等被加熱物を収容する加熱室、５は被加熱物を載置する載置台、６はターンテーブル５を支えるターンテーブル支持体である。７はターンテーブル支持体６を回転させるモータ、８はマグネトロン２とモータ７を制御する制御手段である。
【０００３】
加熱する場合は、ターンテーブルに食品等の被加熱物を載置し、被加熱物に含まれる水分がマイクロ波を吸収して自己発熱する現象を利用する。
【０００４】
従来の高周波加熱装置の加熱室内では、高周波発生手段から加熱室内へ放射されたマイクロ波は加熱室を形成する金属壁面で反射を繰り返しながら伝搬して加熱室内に定在波分布を形成する。発生した加熱室内の定在波分布はほとんど変化しないため、マイクロ波強度の強い領域にある被加熱物は加熱されやすく、マイクロ波強度の弱い領域にある被加熱物は加熱されにくい。よって被加熱物には加熱むらが発生する。
【０００５】
従来の技術では、被加熱物の加熱むらを解消するために、被加熱物を回転させる方法が採用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術において、被加熱物を回転させる方法は、加熱室内の定在波分布をほとんど変化させることができず、被加熱物は一定の定在波分布の中を繰り返し通過しながら加熱されるので、被加熱物の加熱領域が同心円状に発生するという問題点がある。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するものであり、加熱室内を伝搬するマイクロ波の流れを変えることで加熱室内に生じる定在波分布を変化させて被加熱物の加熱むらをなくす高周波加熱装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明の高周波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室内に設け前記被加熱物を載置する載置台と、前記載置台を回転駆動する第一駆動手段と、前記加熱室内に放射する高周波を発生する高周波発生手段と、前記高周波発生手段によって発生した高周波を前記加熱室に放射する給電口と、前記加熱室を形成する壁面に設けた開口部と、前記開口部を一端とする溝部と、前記溝部内に設け前記開口部のインピーダンスを可変するために回転駆動される非金属材料からなるインピーダンス可変手段と、前記インピーダンス可変手段を回転駆動する第二駆動手段と、前記第一駆動手段と第二駆動手段の動作を制御する制御手段とを備えるものである。
【０００９】
そして、インピーダンス可変手段により加熱室壁面の高周波電流の流れを変化させることによって加熱室内を伝搬するマイクロ波の流れを変化させることができる。これにより、定在波分布を様々に変化させながら被加熱物を回転させることで被加熱物の加熱むらをなくすことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の高周波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室内に設け前記被加熱物を載置する載置台と、前記載置台を回転駆動する第一駆動手段と、前記加熱室内に放射する高周波を発生する高周波発生手段と、前記高周波発生手段によって発生した高周波を前記加熱室に放射する給電口と、前記加熱室を形成する壁面に設けた開口部と、前記開口部を一端とする溝部と、前記溝部内に設け前記開口部のインピーダンスを可変するために回転駆動される非金属材料からなるインピーダンス可変手段と、前記インピーダンス可変手段を回転駆動する第二駆動手段と、前記第一駆動手段と第二駆動手段の動作を制御する制御手段とを備えている。
【００１１】
そして、インピーダンス可変手段により加熱室壁面の高周波電流の流れを変化させることによって加熱室内を伝搬するマイクロ波の流れを変化させることができる。これにより、定在波分布を様々に変化させながら被加熱物を回転させることで被加熱物の加熱むらをなくすことができる。
【００１２】
また、前記被加熱物の重量を検出する検出手段をさらに設け、制御手段が前記検出手段の検出信号に基づき、被加熱物量が少ない場合や被加熱物が小さい場合は、載置台の回転速度とインピーダンス可変手段の回転速度とを同期させ、被加熱物が多数個の場合や被加熱物が大きい場合は、前記載置台の回転速度と前記インピーダンス可変手段の回転速度とを非同期にする。
【００１３】
そして、夫々の回転速度を同期させると、被加熱物の周回毎に被加熱物は特定領域が強く加熱され、非同期にすると加熱領域が分散する。これにより、被加熱物の種類や量や形状に応じて被加熱物を最適に均一加熱することができる。
【００１４】
また、制御手段は、載置台の回転速度に対してインピーダンス可変手段の回転速度を速くしたことを特徴としている。
【００１５】
これにより、定在波分布をすばやく変えることにより、加熱領域を分散できるので、高さのある被加熱物や底面積の大きな被加熱物の加熱の均一化が容易に促進できる。
【００１６】
また、制御手段は、第一駆動手段のみを動作させる制御モードを有している。
【００１７】
これにより、特定の定在波分布の中で被加熱物を加熱させることができる。たとえば、加熱室の中央部に強い電界分布を生じる定在波分布の場合、小さな被加熱物に対してこの制御モードを使用して短時間に加熱を促進させることができる。
【００１８】
さらに、制御手段は、第二駆動手段のみを動作させる制御モードを有している。
【００１９】
これにより、被加熱物の形状が大きくて被加熱物を回転させることが困難な場合でも、第二駆動手段を動作させて定在波分布を変化させることで被加熱物を均一に加熱させることができる。
【００２０】
さらに、第一駆動手段の回転動作および停止動作と、第二駆動手段の回転動作および所望回転角度での停止動作とを装置使用者が指定できる構成とした。
【００２１】
これにより、使用者が好みの加熱モードを選択できるので、弁当などのような混載食材の加熱に対して、たとえばご飯だけを温めることを使用者が選択することができる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について図面を用いて説明する。
【００２３】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例を示す高周波加熱装置の概略構成図、図２は図１の高周波加熱装置の外観図である。
【００２４】
図１および図２において１０は高周波加熱装置本体、１１はマイクロ波を発生する高周波発生手段であるマグネトロン、１２はマグネトロン１１からのマイクロ波を導く導波管、１３は被加熱物を収納する加熱室で、壁面は金属で構成されている。１４は被加熱物を載置する載置台、１５は載置台１４を支える載置台支持体、１６は載置台支持体１５を回転駆動する第一駆動手段である第一のモータである。１７はマグネトロン１１から発生したマイクロ波を加熱室１３内に放射する給電口である。１８は加熱室１３内の壁面１９に設けた開口部で、２０は開口部１８を一端とする溝部である。２１は開口部２０のインピーダンスを可変するインピーダンス可変手段であり、非金属材料である誘電体板２１にて構成されている。誘電体板２１は好ましくは比誘電率が１０前後の例えばガラス系、セラミックス系あるいは樹脂系の材料からなる低誘電損失材料で構成され、両端に突起を設け、溝部２０に設けた孔に突起をはめ込んで回転支持されている。２２は誘電体板２１を駆動させる駆動手段としての第二のモータである。誘電体板２１を駆動させる方法は、第二のモータとしてステッピングモータを使用して一定の角度分づつステップ状に回転するようにしてもよいし、汎用モータを使用して連続的に回転するようにしても構わない。２３はマグネトロン１１、第一のモータ１６および第二のモータ２２を制御する制御手段である。
【００２５】
次に、上記構成において動作を説明する。加熱する場合は、ターンテーブル１４上に食品等の被加熱物を置く。加熱するときは加熱スイッチ（図示していない）等の信号から、制御手段２３に加熱情報が送られる。この加熱情報に基いて制御手段２３はマグネトロン１１と第一のモータ１６および第二のモータ２２にそれぞれ信号を送る。制御手段２３の信号によりマグネトロン１１が発生したマイクロ波は導波管１２を伝搬し、給電口１７から加熱室１３内に放射される。また、加熱情報に基いて第一のモータ１６および第二のモータ２２の動作が制御され、加熱室内に最適な定在波分布を発生させて被加熱物を加熱する。
【００２６】
加熱中の誘電体板２１の動作は常時回転、ある特定の回転角度で一定時間停止、あるいは回転・停止を所定の組合せで繰り返すなどの制御が制御手段２３の信号によって行われる。溝部２０の溝深さは誘電体板２１が加熱室１３底面に対して垂直（この時の回転角度を０゜とする）のときに、開口部１８に生じるインピーダンスが極めて小さい値（理想的にはゼロ）になるように決めている。従って、誘電体板２１の回転角度が０゜のときは壁面１９に高周波電流が流れ、壁面１９に開口部１８を設けていない場合に生じる定在波分布と同じ分布が生じる。一方、誘電体板２１の向きが加熱室１３底面に対して水平（この時の回転角度を９０゜とする）のときは、開口部１８のインピーダンスが大きな値となり壁面１９に流れる高周波電流が乱れる。よって壁面１９に開口部１８を設けていない場合に生じる定在波分布とは異なった定在波分布を発生する。つまり、回転角度を変化させると開口部１８のインピーダンスが変化し、加熱室１３内の定在波分布が変化する。
【００２７】
本実施例において、誘電体板２１の回転角度の表現方法は、前述の誘電体板２１が垂直の場合を基準として、誘電体板２１の上半分が加熱室側に傾斜していく方向の角度とした。
【００２８】
この実施例の図１および図２では誘電体板２１の回転角度は０゜を示している。また、開口部１８は長軸方向が奥行き方向と平行になるように配設されているが、開口部１８は長軸方向が高さ方向と平行になるように配設しても構わない。また開口部１８は、加熱室１３の壁面であればどこに配設してもよいし、複数個配設しても構わない。
【００２９】
食品等の被加熱物は、マイクロ波が集中する領域に位置するほど加熱されやすいため、被加熱物の加熱むらをなくすには、従来用いられている載置台を回転させることに加え、定在波分布を均一にする、あるいはマイクロ波の強弱を同じ位置で交互に発生させる等の制御を行う必要がある。
【００３０】
本実施例において、積水樹脂（株）製のアドヘア合成のり（登録商標）２００gを底面が１００mm×１００mmの容器に入れて被加熱物とした場合に、載置台１４の回転を停止させた状態で誘電体板２１の回転角度を０゜、４５゜、９０゜固定として、本発明の高周波加熱装置で加熱したときの温度分布の結果を（図３）に示す。
【００３１】
図３の温度分布は、斜線を施した領域が高温部分であることを示している。
【００３２】
なお、アドヘア合成糊（登録商標）はポリビニールアルコール水溶液で通常の温度では透明であるが４５℃以上になると白濁する性質を有する。
【００３３】
以上のように、誘電体板２１の回転角度を変化させることにより、被加熱物の温度分布は変化した。
【００３４】
これにより、誘電体板２１を回転制御することで加熱室内に様々な定在波を発生させて、さらには載置台１４の回転制御を付加させることで被加熱物の加熱むらをなくすことができる。
【００３５】
（実施例２）
次に、本発明の第２の実施例について説明する。
図１および図２において２４は被加熱物の重量を検出する第一の検出手段である。なお実施例１と同一符号のものは同一機能を有し、説明は省略する。
【００３６】
次に動作について説明する。制御手段２３は第一の検出手段２４の信号により、マグネトロン１１、第一のモータ１６、第二のモータ２２を制御する。このとき、制御手段２３は、載置台２４の回転速度とインピーダンス可変手段２１の回転速度とを同期させたり非同期にさせたりしている。  被加熱物を加熱する際、載置台２４の回転速度とインピーダンス可変手段２１の回転速度とを同期させると被加熱物の周回毎に被加熱物は特定領域が強く加熱される。したがって被加熱物量が少ない場合や被加熱物が小さい場合には集中的に加熱でき迅速な加熱ができる。逆に、載置台２４の回転速度とインピーダンス可変手段２１の回転速度とを非同期にさせると加熱領域が分散する。したがって被加熱物が多数個の場合や被加熱物が大きい場合には全体が均一に加熱できる。
【００３７】
本実施例において、前述のアドヘア合成のり（登録商標）２００gを底面が１００mm×１００mmの容器に入れて被加熱物とした場合に、載置台２４の回転速度とインピーダンス可変手段２１の回転速度とを同期させた場合と非同期にした場合とにおいて本発明の高周波加熱装置で加熱したときの加熱分布の結果を図４に示す。
【００３８】
図４のように、載置台２４の回転速度とインピーダンス可変手段２１の回転速度とを同期させた時には被加熱物の特定領域が強く加熱され周囲の一部に加熱されにくい部分が生ずるのに対し非同期させた場合には加熱領域が分散し周囲がほぼ一様に加熱されている。なお、図４において１：１／２同期とはインピーダンス可変手段１回転に対し載置台２回転で同期していることを意味している。以上のように、被加熱物の種類や量や形状に応じて載置台１４の回転速度とインピーダンス可変手段２１の回転速度とを同期させたり非同期にさせたりして被加熱物を最適に均一加熱することができる。
【００３９】
（実施例３）
次に、本発明の第３の実施例について説明する。構成は実施例２と同様である。
【００４０】
次に動作について説明する。図１および図２において制御手段２３は第一のモータ２２を制御する。このとき、制御手段２３は載置台１４の回転速度に対してインピーダンス可変手段２１の回転速度が速くなるように制御する。
【００４１】
本実施例において内径７２mmの容器に水２００gを入れて被加熱物とした場合に、インピーダンス可変手段２１の回転速度に対する水の上下温度変化を図５に示す。なお、載置台の回転速度は毎分６回転とした。図５において、白丸は底から５mmの温度であり、黒丸は上部表面から５mmの温度を示す。図５からインピーダンス可変手段２１の回転速度を速くすることで上下の温度差を小さくすることができる。すなわち、毎秒３回転では上下の温度差が約２０℃であったが、毎秒１０００回転では温度差は約１０℃と半減する。したがって、載置台１４の回転速度に対してインピーダンス可変手段２１の回転速度を速くすることで牛乳、酒あるいはコーヒー等の温めにおいてそれら被加熱物の上下方向に均一な加熱を促進させることができる。
【００４２】
また、このようなインピーダンス可変手段２１の制御は加熱室内の定在波分布をすばやく変えることで加熱領域を分散できるので、底面積の大きな被加熱物の加熱の均一化も容易に促進できる。
【００４３】
（実施例４）
次に本発明の第４の実施例について説明する。
【００４４】
図１および図２において、２５は誘電体板２１の回転角度を判定する第二の検出手段、２６は被加熱物の種類を選択する操作部である。なお、実施例１ないし３と同一符号のものは同一機能を有し説明は省略する。
【００４５】
次に動作について説明する。第二のモータ２２は誘電体板２１を一定角度ずつステップ状に回転移動させる。第二の検出手段２５は誘電体板２１が回転角度０°の状態を検出する。そして、この回転角度０°を基準とし、制御手段２３からの信号によって回転したステップ数に基いて誘電体板２１の回転角度を規定の角度に制御する。制御手段２３は第一の検出手段２４および操作部２６で入力された信号により、マグネトロン１１、第一のモータ１６、第二のモータ２２を制御する。第二のモータ２２はインピーダンス可変手段２１の誘電体板２１を即座に所望の回転角度まで回転させた後は停止して載置台１４のみが回転して被加熱物が加熱される。本実施例において誘電体板２１の回転角度がそれぞれ０°、４５°、９０°の時、被加熱物が２００g、４００gの水へのマイクロ波の入力電力の実験結果を図６に示す。図６に示したように誘電体板２１の角度によって水へのマイクロ波の入力電力が異なる。従って、少量の液状被加熱物、例えばカップ１〜２杯分の飲み物をすばやく加熱したい場合には誘電体板２１の角度を４５°に固定すればよい。なお、この場合前述の実施例３との関係より、誘電体板２１を高速回転させた場合と比べて、上下方向の温度むらを多少生じる。従って、加熱時間を優先させたい場合にこの実施例の方法が特に効用を発揮する。
【００４６】
また本実施例において前述のアドヘア合成のり（登録商標）２００gを底面が１００mm×１００mmの容器に入れて被加熱物とし、誘電体板２１の回転角度を０°、４５°、９０°の状態に固定して載置台を回転させた場合の加熱分布の結果を図７に示す。図７において白色領域が加熱された領域を示している。図７より、誘電体板２１の回転角度を固定した状態で載置台を回転させた場合、誘電体板２１の回転角度によって加熱分布を変化させることができる。従って、内部が先に熱くなる被加熱物、例えばあん入り中華まんじゅう、を温める場合は中央の加熱が弱くなるように誘電体板２１の回転角度を０°あるいは９０°に固定することで内部と外側との温度差を改善できる。
【００４７】
（実施例５）
次に本発明の第５の実施例について説明する。
【００４８】
図１および図２において、２６は被加熱物の種類を選択する操作部、２７は加熱室１３の上下に設けたヒーターである。なお、実施例１ないし４と同一符号のものは同一構造を有し説明は省略する。
【００４９】
次に動作について説明する。制御手段２３は第一の検出手段２４および操作部２６で入力された信号により、マグネトロン１１、第二のモータ２２、ヒーター２７を制御する。被加熱物や被加熱物を入れる容器が加熱室１３には入るが載置台１４より大きくて回転困難な場合には載置台１４の動作は停止させてインピーダンス可変手段２１のみを動作して定在波分布を変化させることで均一な温度分布の加熱を行なう。この時インピーダンス可変手段２１の制御は連続回転でも断続回転でも構わない。例えば、魚を一尾丸ごと加熱するような時の尾の一部が載置台からはみ出して回転させることが困難な場合、載置台の回転を停止し、インピーダンス可変手段のみを駆動させて均一加熱ができる。さらにまた、操作部２６でオーブン、グリルメニューを選択して被加熱物を角型のオーブン皿に載置しヒーター加熱中にマイクロ波を均一に照射することもできる。
【００５０】
（実施例６）
次に本発明の第６の実施例について説明する。
【００５１】
図１および図２において、２８は載置台１４およびインピーダンス可変手段２１の動作モードを選択する操作部である。なお、実施例１ないし５と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００５２】
次に動作について説明する。制御手段２３は操作部２８で入力された信号により、マグネトロン１１、第一のモータ１６、第二のモータ２２を制御する。これにより、装置使用者は好みの加熱モードを操作部２８で選択できるので、弁当のような混載食材の加熱に対しては、載置台１４の回転を停止し、インピーダンス可変手段２１を意図的に動作させて意図的な定在波分布のもとで、例えばご飯だけを温めることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば以下の効果を奏する。
【００５４】
本発明の高周波加熱装置によれば、インピーダンス可変手段を回転駆動することにより開口部のインピーダンスを可変して、開口部を有する壁面の高周波電流の流れを変化させることによって、加熱室内の定在波分布を変化させることができる。これにより、被加熱物の加熱むらをなくすことができる。
【００５５】
また、載置台の回転速度とインピーダンス可変手段の回転速度とを同期させたり非同期にしたりすることにより被加熱物の特定領域を集中的に加熱したり逆に加熱領域を分散することができる。これにより、被加熱物の量や形状に応じてむらなく加熱をすることができる。
【００５６】
また、インピーダンス可変手段の回転速度を載置台の回転速度よりも速くなるように制御することによって被加熱物の加熱領域を分散させることができる。これにより、底面積の大きな被加熱物をむらなく加熱することができる。また、高さのある被加熱物に対しては上下方向の温度むらを抑制させることができる。
【００５７】
また、使用者が選択手段により被加熱物の種類を選択することによりインピーダンス可変手段を一定の角度に保って特定の定在波分布を形成させた状態の下で被加熱物を加熱することができる。これにより、被加熱物の種類に応じて選択的にマイクロ波を集中あるいは分散させることができる。
【００５８】
また、使用者が選択手段により被加熱物の種類を選択することにより載置台の回転を停止し、インピーダンス可変手段を駆動して加熱室内の定在波分布を変化させながら加熱することができる。これにより、回転させることが困難な被加熱物の加熱分布を変化させ、加熱むらをなくすことができる。また角皿を使用してヒーター調理中にマイクロ波加熱を同時に行なう場合、マイクロ波による加熱むらをなくすことができる。
【００５９】
また、使用者が選択手段により載置台とインピーダンス可変手段とのそれぞれの動作を選択することができる。これにより、使用者は好みの加熱モードを選択できるので例えば弁当のような混載食材のご飯のみを部分加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の高周波加熱装置の概略断面図
【図２】本発明の第１の実施例の高周波加熱装置の外観斜視図
【図３】本発明の第１の実施例の載置台停止状態でのインピーダンス可変手段の各回転角度に対する被加熱物の温度分布特性図
【図４】本発明の第２の実施例の載置台とインピーダンス可変手段との回転速度比に対する加熱分布特性図
【図５】本発明の第３の実施例のインピーダンス可変手段の回転速度に対する水負荷の上下方向の温度特性図
【図６】本発明の第４の実施例のインピーダンス可変手段の各回転角度に対して載置台を回転させた時の水負荷への入力電力を示す図
【図７】本発明の第４の実施例のインピーダンス可変手段の各回転角度に対して載置台を回転させた時の加熱分布特性図
【図８】従来の高周波加熱装置の概略断面図
【符号の説明】
１１  マグネトロン（高周波発生手段）
１３  加熱室
１４  載置台
１６  第一のモータ（第一駆動手段）
１７  給電口
１８  開口部
２０  溝部
２１  インピーダンス可変手段
２１  誘電体板
２２  第二のモータ（第二駆動手段）
２３  制御手段
２６、２８  操作部
【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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