【手続補正書】
【提出日】平成19年5月16日(2007.5.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  高周波加熱装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室に給電するマイクロ波を発生する高周波発生手段と、前記加熱室の金属壁面に設けた複数の開孔部と、前記それぞれの開孔部のインピーダンスを変える誘電体板を回転駆動する構成を有した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の誘電体板の回転角度を判定する角度判定手段と、前記被加熱物の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段の加熱情報に基づいて前記インピーダンス可変手段を制御する制御手段を備え、加熱中に被加熱物の温度差が生じた場合、前記制御手段は低温領域にマイクロ波を集めるために低温領域から遠い側の開孔部のインピーダンスを極めて大きい値になるようインピーダンス可変手段の誘電体板の回転角度を制御した高周波加熱装置。
【請求項２】  被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室に給電するマイクロ波を発生する高周波発生手段と、前記加熱室の金属壁面に設けた複数の開孔部と、前記それぞれの開孔部のインピーダンスを変える誘電体板を回転駆動する構成を有した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の誘電体板の回転角度を判定する角度判定手段と、前記被加熱物の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段の加熱情報に基づいて前記インピーダンス可変手段を制御する制御手段を備え、加熱中に被加熱物の温度差が生じた場合、前記制御手段は高温領域からマイクロ波を分散させるためにインピーダンス可変手段の誘電体板の回転角度を制御する高周波加熱装置。
【請求項３】  温度検出手段の加熱情報は、被加熱物の初期温度からの温度上昇値とする請求項１または２に記載の高周波加熱装置。
【請求項４】  温度検出手段の加熱情報は、被加熱物の高温領域と低温領域の温度差とする請求項１または２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、高周波加熱装置において被加熱物の温度変化に基づき選択加熱を行う手段に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高周波加熱装置は、高周波発生手段であるマグネトロンから発生したマイクロ波を被加熱物を収納する加熱室内に給電し、給電したマイクロ波によって被加熱物を加熱するものである。マイクロ波加熱は被加熱物の誘電特性によって昇温状態が異なるため、従来の実用化されている高周波加熱装置では被加熱物の加熱むらを防ぐために、被加熱物を載置するターンテーブルに加え、被加熱物の重量を検知する重量センサや被加熱物からの蒸気を検知する蒸気センサ、あるいは被加熱物の表面温度を検知する赤外線センサを使用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、重量センサを使用する場合は、所定の容器に被加熱物を載置した場合は被加熱物の重量を正確に検知できるが、容器の重量が変化すると被加熱物の重量を正確に測定することができず、過加熱あるいは加熱不足が生じる。
【０００４】
また、蒸気センサを使用する場合は、加熱が進んで被加熱物から蒸発する蒸気を検知するため、被加熱物から水分が蒸発する温度まで上昇させなければ効果が得られないため、加熱が比較的低温で終了する場合や、蒸気量が少ない場合などは正確に蒸気量を検知することができないため、過加熱が生じやすい。
【０００５】
さらに、赤外線センサを使用する場合は、被加熱物の表面温度を測定することができるので過加熱は防止することができるが、塩分濃度が高い被加熱物では表面温度が高く、内部温度は低いままになってしまう場合がある。また、赤外線センサの視野より小さい被加熱物や背の高い容器に入った被加熱物などは赤外線センサの視野からはずれてしまったり、容器表面温度を測定してしまうので正確な温度を検知することが困難である。
【０００６】
また、被加熱物の温度むらを赤外線センサが検知した場合においても、ターンテーブルを回転させる方法では、被加熱物の低温領域にマイクロ波を集中させながら加熱することができないため、加熱むらを解消することは困難である。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するものであり、加熱室の定在波に作用して加熱室にマイクロ波の集中空間領域を形成するとともに温度検出手段により被加熱物の温度を検知して、マイクロ波を被加熱物の低温領域に集中させる、あるいは高温領域のマイクロ波を分散させて加熱むらを解消する手段を備えた高周波加熱装置を提供することを目的としている。
【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、前記加熱室に給電するマイクロ波を発生する高周波発生手段と、前記加熱室の金属壁面に設けた複数の開孔部と、前記それぞれの開孔部のインピーダンスを変える誘電体板を回転駆動する構成を有した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の誘電体板の回転角度を判定する角度判定手段と、前記被加熱物の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段の加熱情報に基づいて前記インピーダンス可変手段を制御する制御手段を備え、加熱中に被加熱物の温度差が生じた場合、制御手段はインピーダンス可変手段の誘電体板の回転角度を制御するものである。
【０００９】
そして、温度検出手段によって被加熱物の温度を検出し、インピーダンス可変手段によって加熱室壁面の高周波電流の流れを変化させ、被加熱物の低温領域にマイクロ波を集中させる、あるいは高温領域のマイクロ波を分散させることで被加熱物が強く加熱される位置を時間的に変化させて加熱むらを解消するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室に給電するマイクロ波を発生する高周波発生手段と、前記加熱室の金属壁面に設けた複数の開孔部と、前記それぞれの開孔部のインピーダンスを変える誘電体板を回転駆動する構成を有した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の誘電体板の回転角度を判定する角度判定手段と、前記被加熱物の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段の加熱情報に基づいて前記インピーダンス可変手段を制御する制御手段を備え、加熱中に被加熱物の温度差が生じた場合、制御手段は低温領域にマイクロ波を集めるために低温領域から遠い側の開孔部のインピーダンスを極めて大きい値になるようインピーダンス可変手段の誘電体板の回転角度を制御するものである。
【００１１】
そして、温度検出手段の加熱情報に基づいてインピーダンス可変手段の誘電体板の回転角度を制御することにより加熱室壁面の高周波電流の流れを変化させ、被加熱物の低温領域にマイクロ波を集中させることで低温領域を強く加熱し加熱むらを解消するものである。
【００１２】
請求項２記載の発明は、被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室に給電するマイクロ波を発生する高周波発生手段と、前記加熱室の金属壁面に設けた複数の開孔部と、前記それぞれの開孔部のインピーダンスを変える誘電体板を回転駆動する構成を有した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の誘電体板の回転角度を判定する角度判定手段と、前記被加熱物の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段の加熱情報に基づいて前記インピーダンス可変手段を制御する制御手段を備え、加熱中に被加熱物の温度差が生じた場合、制御手段は高温領域からマイクロ波を分散させるためにインピーダンス可変手段の誘電体板の回転角度を制御するものである。
【００１３】
そして、温度検出手段の加熱情報に基づいてインピーダンス可変手段の誘電体板の回転角度を制御することによって高温領域からマイクロ波を分散させるため、加熱室内のマイクロ波の集中領域を被加熱物に応じて最適な状態に変化させるものである。
【００１４】
請求項３記載の発明は、温度検出手段の加熱情報として、被加熱物の初期温度からの温度上昇値を用いたものである。
【００１５】
そして、温度上昇値から被加熱物の加熱特性および重量を推測し、インピーダンス可変手段の回転角度を変化させるものである。
【００１６】
請求項４記載の発明は、温度検出手段の加熱情報として、被加熱物の高温領域と低温領域の温度差を用いるものである。
【００１７】
そして、高温領域と低温領域の温度差が小さくなるようにインピーダンス可変手段の誘電体板の回転角度を制御するものである。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について添付図面を用いて説明する。
【００１９】
（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正面断面図、図２は高周波加熱装置の側面断面図（扉は破線にて図示した。）、図３は高周波加熱装置の開扉時の外観を示す図である。
【００２０】
図１、図２および図３において、１０は被加熱物を収納する加熱室で、加熱室１０の壁面は金属で構成されている。１１は被加熱物を載置する載置台である。１２はマイクロ波を発生するマグネトロン（高周波発生手段）、１３はマグネトロン１２からのマイクロ波を加熱室１０へ伝送する導波管、１４は導波管１３からのマイクロ波を加熱室１０へ放射する給電口である。マグネトロン１２はマグネトロン駆動電源１５から供給される電力により高周波を発生する。加熱室１０を形成する壁面１６には開孔部１７、１８、１９が配設されている。各開孔部には、それぞれに開孔部のインピーダンスを変化させるインピーダンス可変手段２０、２１、２２を配設している。これらインピーダンス可変手段の構成を開孔部１８に配したインピーダンス可変手段２１に代表させて説明する。
【００２１】
２３は開孔部１８を一端とする金属によって構成した溝部、２４は溝部２３内に設けた誘電体板である。誘電体板２４は、好ましくは比誘電率が５以上の低誘電損失材料（例えばガラス系、セラミックス系、樹脂系）で構成され、それぞれの両端に突起を設け、溝部２３に設けた孔に突起をはめ込んで回転支持されている。誘電体板２４は、誘電体板回転駆動手段であるモータ（図示していない）により回転駆動される。モータには誘電体板２４の回転角度や回転速度を検出する角度検出手段（図示していない）が配設されている。２５は被加熱物の温度を検出する赤外線センサ（温度検出手段）である。２６は制御手段であり、操作パネル２７から入力される加熱情報、赤外線センサ２５の検出信号およびインピーダンス可変手段２０、２１、２２の各誘電体板の角度検出手段からの入力信号に基づいて、マグネトロン駆動電源１５、インピーダンス可変手段２０、２１、２２の各誘電体板回転駆動手段の動作を制御したり赤外線センサ２５が検出した温度情報を操作パネル２７上の表示手段２８に表示したりする。
【００２２】
次に、上記構成において動作を説明する。インピーダンス可変手段２０、２１、２２の各溝部の溝深さ、溝の高さおよび誘電体板の配設位置は、各誘電体板（２４）が壁面１６に対して水平であるとき（この時の誘電体板（２４）の回転角度を０゜とする。）、開孔部１７、１８、１９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。また、各誘電体板（２４）が壁面１６に対して垂直であるとき（この時の誘電体板（２４）の回転角度を９０゜とする。）には、開孔部１７、１８、１９に生じるインピーダンスは、極めて大きい値（理想的には無限大）としている。図２では誘電体板２４の回転角度は０゜を示している。
【００２３】
インピーダンス可変手段２０、２１、２２のいずれかの誘電体板の回転角度が９０°のときには、それに対応する開孔部のインピーダンスは無限大となりその開孔部周辺の壁面１６を流れる高周波電流を遮断し、その開孔部周辺からマイクロ波を遠ざける。そこで、誘電体板の回転角度を９０°にしたインピーダンス可変手段の開孔部から遠い側にマイクロ波が集まる。被加熱物の加熱に関しては、このマイクロ波が集まった側が強く加熱される特性となる。
【００２４】
操作部等から加熱開始や終了温度などの情報が入力されると、制御手段２６は角度検出手段によりそれぞれの誘電体板（２４）の回転角度を制御し、赤外線センサ２５の検知信号を取り込む。赤外線センサ２５は複数の検知素子を備えており、被加熱物の複数箇所の温度を測定し、制御手段２６へ温度情報を送る。以下の説明では、４×８の３２素子を備えた赤外線センサを用いた。また、載置台１１全域の温度を検出できるように赤外線センサ２５の温度検知の視野を調整した。
【００２５】
赤外線センサ２５は載置台１１全域の温度情報を制御手段２６へ送り、制御手段２６は操作パネル２７上の表示手段２８に初期温度を表示するとともに、その初期温度を記憶する。その後、制御手段２６は加熱室１０のドア側から見た時の左右に配設したインピーダンス可変手段２０、２２のそれぞれの誘電体板が回転するようにモータを動作させ、同時にマグネトロン駆動電源１５を制御してマグネトロン１２からマイクロ波を加熱室１０へ放射させる。制御手段２６は一定時間被加熱物を加熱し、赤外線センサ２５の載置台１１全域の温度情報から、初期温度と比較して温度が上昇した場所を被加熱物の載置位置とし、被加熱物の形状の概略を判断する。同時に制御手段２６は被加熱物の温度上昇度合いから重量を判定する。今後この加熱条件をプレ加熱とする。このとき、マグネトロン１２から放射されるマイクロ波の強さは、できるだけ弱い方が好ましい。またプレ加熱時間は、初期温度との温度差が誤差以上で明確に判断できる範囲内になるようにマイクロ波の強さの関係から決定する。
【００２６】
制御手段２６は、プレ加熱の温度情報から被加熱物の載置位置を判断すると、被加熱物の載置されている方向へマイクロ波が集中するようにインピーダンス可変手段２０、２１、２２の誘電体板の回転角度を変化させる。このとき、赤外線センサ２５は被加熱物の温度をより正確に検出するために視野を被加熱物のみに調整してもかまわない。また、加熱中はインピーダンス可変手段２０、２１、２２のそれぞれの誘電体板は所定の回転角度に固定してもよいし、任意の回転角度を中心に往復する動作をしてもよいし、一定の角度分づつステップ状に回転させたり連続回転させてもかまわない。このとき、それぞれの誘電体板は単独で制御してもよいし、２つ以上を組み合わせてもかまわない。
【００２７】
加熱中に被加熱物に温度差が生じた場合には、制御手段２６は赤外線センサ２５の温度データから低温領域と高温領域の判定を行い、低温領域にマイクロ波を集中させ、高温領域からマイクロ波を分散させるようにそれぞれの誘電体板の回転角度を再度変化させ、赤外線センサ２５の温度情報が所定の温度になるまで加熱する。被加熱物が所定の温度に到達すれば制御手段２６は加熱を終了させる。このとき、任意の場所にマイクロ波が集中するように操作部パネル等から制御手段２６へ信号を送ってもかまわない。
【００２８】
図４は米飯２００ｇを１００ｍｍ×１００ｍｍのブロックに整形し、米飯の左右の温度差が３℃になるとインピーダンス可変手段を制御し、７０℃に達した時点で加熱終了した場合の米飯の左右の温度変化を示した結果である。太線は米飯の左側の温度を示し、細線は米飯の右側の温度を示す。マイクロ波の強さは５００Ｗとした。
【００２９】
図４において、米飯の左右の温度差は加熱時間が３０秒付近で３０℃であり最大となったが、加熱終了時の１８０秒後では５℃以下となった。
以上のように被加熱物の温度を測定してインピーダンス可変手段を制御することにより、被加熱物の加熱むらなく任意の温度で加熱終了させることができた。
【００３０】
なお、この実施例では図示していないが、載置台１１はトレイのように整形し、前扉の開閉に伴って前後に引き出せる構成としてもかまわない。また、開孔部１７、１８、１９は長軸方向が幅方向と平行になっているが、高周波電流の流れを乱す方向であればどのような方向でも、どの壁面に配設しても構わない。
【００３１】
さらに、表示手段２８の温度情報は被加熱物の高温領域と低温領域の温度差等としてもかまわない。
【００３２】
（実施例２）
次に実施例１の構成を用いて温度検出手段の加熱情報に基づくインピーダンス可変手段を制御して被加熱物を加熱する実施例２の動作について説明する。
【００３３】
被加熱物の誘電特性が特に異なる場合、例えばカレーライス等の食品は、米飯は発熱しやすいが、カレーのように塩分量の多い食品は中まで加熱されにくいので、米飯は十分に温まっていてもカレーは加熱不足の状態となることがある。そこで、複数の被加熱物を同じ温度で加熱終了させるには、マイクロ波で加熱されにくい被加熱物にはマイクロ波を集中させる必要がある。
【００３４】
図５は食塩を０％と１％を添加した寒天それぞれ１５０ｇが右側と左側に接するように１００ｍｍ×１００ｍｍに整形して加熱し、内部温度が７０℃になった時点で加熱終了させた場合の、インピーダンス可変手段を制御した場合と制御しなかったときの食塩無添加の寒天と食塩添加の寒天の内部温度差を示したグラフである。太線は制御ありのときの内部温度差、細線は制御なしのときの内部温度差を示している。インピーダンス可変手段は左右の表面温度差が５℃以内になるように制御した。
【００３５】
図５において、食塩無添加の寒天の方が食塩添加の寒天よりもマイクロ波が内部まで速く浸透するため温度上昇しやすい傾向にあるので、インピーダンス可変手段を制御しない場合では加熱終了時には食塩無添加と食塩添加の寒天の内部温度差は４０℃で食塩無添加の方が温度が高いが、表面温度を測定しながらインピーダンス可変手段を制御した場合の内部温度差は約１２℃であった。
【００３６】
以上のように、被加熱物の高温領域と低温領域の温度差を検出することにより、誘電特性の異なる食品でもほとんど温度差なく加熱終了することができた。
【００３７】
なお、本実施例ではインピーダンス可変手段の制御の加熱情報として左右の表面温度差を５℃としたが、マイクロ波の強さやプレ加熱の時間によって左右の温度差は変化してもかまわない。
【００３８】
（実施例３）
次に実施例１の構成を用いて、被加熱物の最高温度を示す領域を他の領域の温度に近づける実施例３の制御動作について説明する。
【００３９】
赤外線センサ２５は加熱中の被加熱物の高温領域と低温領域を判定し、最高温度を示す領域からマイクロ波を分散させるようにインピーダンス可変手段を制御する。
【００４０】
生ものの解凍や加熱することによる状態変化が大きい食品の加熱などでは、最高温度を示す領域の温度とその他の領域の温度との差が小さくなるような制御をする必要がある。つまり一カ所にマイクロ波が集中しないようにインピーダンス可変手段の回転角度や回転速度、マイクロ波強度の制御パターンなどを変化させる。例えば冷凍牛スライス肉の解凍では周囲が厚く、中央が薄くなっているため、中央からマイクロ波を分散させるようにインピーダンス可変手段２０、２１、２２のそれぞれの誘電体板を制御する。
【００４１】
本実施例において、インピーダンス可変手段２０、２２の誘電体板を制御してマイクロ波を左右に照射し、インピーダンス可変手段２１の誘電体板２４を制御してマイクロ波を前後に照射することにより、中央が過加熱になることなく冷凍牛スライス肉を解凍することができた。また、赤外線センサ２５により、所定温度で解凍を終了することができた。
【００４２】
（実施例４）
次に実施例１の構成を用いて、被加熱物の最低温度を示す領域を他の領域の温度に近づける実施例４の制御動作について説明する。
【００４３】
赤外線センサ２５は加熱中の被加熱物の高温領域と低温領域を判定し、最低温度を示す領域にマイクロ波を集中させるようにインピーダンス可変手段を制御する。
【００４４】
加熱による状態変化が少ない食品、例えば冷凍米飯の再加熱などでは、最低温度を示す領域にマイクロ波を集中させ、その他の領域との温度差が小さくなるような制御をすることにより短時間化を図ることができる。
【００４５】
図６は冷凍米飯４００ｇを再加熱した場合に、米飯の温度差が１０℃以上になると低温側へマイクロ波を集中させるように制御した場合と制御しなかった場合の米飯の温度変化を示すグラフである。
【００４６】
図６において、制御をしない場合では最高温度と最低温度の温度差が４０℃となっているが、制御をした場合では温度差なく加熱終了することができた。
【００４７】
以上のようにインピーダンス可変手段と赤外線センサを設けることにより、被加熱物の温度を測定しながらマイクロ波を制御することができるので被加熱物を加熱むらなく加熱終了することができた。
【００４８】
以上のように、本発明の実施例によれば、次の効果が得られる。
【００４９】
インピーダンス可変手段の回転角度を制御することによって加熱室壁面の高周波電流の流れを変化させて加熱室の定在波分布を変化させて加熱室内でのマイクロ波の集中領域を空間的に規定するとともに温度検出手段によって被加熱物の温度を検出する構成により、被加熱物の低温領域にマイクロ波を集中させる、あるいは高温領域のマイクロ波を分散させることで被加熱物が強く加熱される位置を時間的に変化させ被加熱物の加熱むらを解消することができる。
【００５０】
また、温度検出手段の加熱情報に基づいてインピーダンス可変手段を回転駆動制御することによって、マイクロ波の集中領域を被加熱物に応じて最適な状態に変化させ、被加熱物の被加熱物の加熱むらを解消することができる。
【００５１】
また、被加熱物の初期温度からの温度上昇値から被加熱物の加熱特性および重量を推測し、インピーダンス可変手段の誘電体板の回転角度を変化させ、被加熱物の状態に応じた加熱ができ、加熱むらを解消することができる。
【００５２】
また、被加熱物の高温領域と低温領域の温度差が小さくなるようにインピーダンス可変手段の誘電体板の回転角度を制御することによって、誘電特性が異なる被加熱物を同じ温度で加熱終了させることができる。
【００５３】
また、被加熱物の最高温度を示す領域が他の領域の温度に近づくようにインピーダンス可変手段を制御することによって、最高温度を示す領域からマイクロ波を分散させ、終了温度が低温の場合において加熱むらなく加熱終了することができる。
【００５４】
また、被加熱物の最低温度を示す領域が他の領域の温度に近づくようにインピーダンス可変手段を制御することによって、最低温度を示す領域にマイクロ波を集中させ、加熱むらなく短時間に被加熱物を加熱することができる。
【００５５】
【発明の効果】
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の回転角度を制御することによって加熱室壁面の高周波電流の流れを変化させて加熱室の定在波分布を変化させて加熱室内でのマイクロ波の集中領域を空間的に規定するとともに温度検出手段によって被加熱物の温度を検出する構成により、被加熱物の低温領域にマイクロ波を集中させることで被加熱物が強く加熱される位置を時間的に変化させ被加熱物の加熱むらを解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施例１を示す高周波加熱装置の正面構成図
【図２】
同、高周波加熱装置の側面構成図
【図３】
同、高周波加熱装置の開扉時の外観図
【図４】
同、インピーダンス可変手段を制御して加熱した米飯の左右の温度変化を示す図
【図５】
本発明の第２の実施例のインピーダンス可変手段を制御して加熱した食塩添加と食塩無添加の寒天の内部温度差を示す図
【図６】
本発明の第４の実施例のインピーダンス可変手段を制御して加熱した冷凍米飯の内部温度差を示す図
【符号の説明】
１０   加熱室
１２  マグネトロン（高周波発生手段）
１７、１８、１９  開孔部
２０、２１、２２  インピーダンス可変手段
２３  溝部
２４  誘電体板
２５  赤外線センサ（温度検出手段）
２６  制御手段