【手続補正書】
【提出日】平成19年4月24日(2007.4.24)
【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】  マイクロ波が給電される加熱室を構成する金属壁面に設けた開孔部のインピーダンスを可変制御し、被加熱物を加熱する高周波加熱装置において、前記加熱室の奥壁面の左右方向の略中央に設け前記加熱室内にマイクロ波を供給する給電部と、前記給電部に生じる電気力線の方向と同じ方向に前記金属壁面を周回する時の周回線を横切って設けた開孔部と、前記開孔部のインピーダンスの虚数成分が誘導性リアクタンス値および／または容量性リアクタンス値となるように変化させ加熱室の大きさをマイクロ波作用において可変するインピーダンス可変手段とを備えた高周波加熱装置。
【請求項２】  奥壁面には周回線を線対称として開孔部を設けた請求項１記載の高周波加熱装置。
【請求項３】  インピーダンス可変手段は、開孔部を開放端とし終端を閉じた溝部と、前記溝部内に回転可能に支持した回転板と、前記回転板を回転駆動する手段とから構成した請求項１記載の高周波加熱装置。
【請求項４】  回転板の幅広面を溝部終端面に対して略平行に支持した時に開孔部のインピーダンスの虚数成分を誘導性リアクタンス値または略零にすることを特徴とする請求項３記載の高周波加熱装置。
【請求項５】  回転板の支持角度を検出判定する機能を有する請求項３記載の高周波加熱装置。
【請求項６】  回転板は使用するマイクロ波帯において低誘電損失材料の誘電体としたことを特徴とする請求項３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、マイクロ波エネルギを用いて被加熱物を誘電加熱する高周波加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高周波加熱装置のマイクロ波空間である加熱室は、加熱室内に収納された被加熱物の加熱の均一化を図ることに主眼がおかれこの加熱の均一化の手段として、電波攪拌方式、被加熱物回転方式、複数給電方式あるいは加熱室壁面の凹凸形状などが実用化されている。
【０００３】
電波攪拌方式は、加熱室内に設けた金属性の板状羽根を回転駆動させる構成からなる。この方式は、加熱室を形成する金属境界面や被加熱物の表面で反射を繰り返しながら伝搬しているマイクロ波が金属性の板状羽根によっても反射する。この金属性の板状羽根からのマイクロ波の反射は、板状羽根が無い場合と比べて、加熱室内でのマイクロ波の伝搬経路を増加させるものであり、被加熱物全体にマイクロ波を乱反射させて被加熱物の加熱の均一化を促進させるものである。
【０００４】
被加熱物回転方式は、被加熱物を載置する載置皿を回転駆動させる構成からなる。この方式では、加熱室の構造とその内部に収納した被加熱物の種類や形状等により決定された加熱室内に生じるマイクロ波の伝搬分布に対して、被加熱物の方を移動させ被加熱物全体にマイクロ波を伝搬させ被加熱物の加熱の均一化を促進させるものである。
【０００５】
複数給電方式は、加熱室を形成する金属境界面の複数の個所から加熱室内にマイクロ波を給電する構成からなる。この方式は、単一の給電と比べて最も大きな特徴は、位相の異なった複数のマイクロ波が加熱室内に給電されることである。加熱室内に位相の異なるマイクロ波を伝搬させることにより、上記電波攪拌方式と同様に加熱室内にマイクロ波の乱反射状態を生じさせるものである。
【０００６】
加熱室壁面の凹凸形状方式は、加熱室を形成する金属境界面に凹凸を設けた構成からなる。この方式は、凹凸を有する金属境界面によってマイクロ波を乱反射させるものである。
【０００７】
また特開平８−３３００６６号公報の高周波加熱装置は、加熱室の壁面に流れる高周波電流の流れる方向を可変することにより、加熱室内に生じる励振モードを切換える技術を開示している。この技術は、同一面上に複数個の開口を整列配設した板体を用い、前記板体の前記開口が配設された板体面をマイクロ波キャビティ壁面と略同一面上に配置させ、板体を回転駆動する構成としている。そして、板体を回転して開口の長軸の向きを変えることで加熱室壁面を流れる高周波電流の方向を変えている。この高周波電流の方向を変えることでキャビティ内の励振モードを変更させるものである。これにより、被加熱物に適応した励振モードを選択して被加熱物に合った加熱分布を得ようとするものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電波攪拌方式の加熱室は、金属性板状羽根に入射したマイクロ波の反射方向を四方八方に反射させるものであり、特定領域に向けて反射させることは難しい。また金属性板状羽根を所定位置に停止させた場合でも特定領域を加熱することは難しい。このため、被加熱物の特定領域を選択的に誘電加熱することは困難である。
【０００９】
また、被加熱物回転方式は、加熱室内に生じるマイクロ波分布に対して被加熱物自身を回転移動させて被加熱物の加熱の均一化を図るものであり、加熱室内に生じたマイクロ波分布を故意に変化させるものではなく選択された特定領域を加熱することは難しい。
【００１０】
複数給電方式は、理想的な挙動としては前述したとおりであるが、一つの給電部から放射されるマイクロ波の挙動が他の給電部から放射されたマイクロ波からの影響を受ける。このため、給電部が複数個あっても、その複数の給電構成によって決定される特定のマイクロ波伝搬が加熱室内に生じ、加熱領域を選択することは難しい。
【００１１】
さらに、加熱室壁面の凹凸形状構造は被加熱物の加熱の均一化を促進できうる乱反射を加熱室内に生じさせるものであり、加熱領域を選択することは難しい。
【００１２】
さらにまた特開平８−３３００６６号公報の技術は開口を回転させる構成であり、加熱室内で金属部材を回転させることに付随するスパーク発生の解消などの構造の複雑化を伴っている。また、加熱室に放射されたマイクロ波の波長に対して開口の長軸寸法を波長寸法の１／２以上とする開口を回転させる構成であり、この開口を回転させるために必要な回転領域は開口を配設した加熱室の一壁面上で大きな面積を占める。このような大きな構造の場合、加熱室全体のマイクロ波分布が変化するので選択された特定領域にマイクロ波を集中させることが難しい。
【００１３】
本発明は、加熱室に生じるマイクロ波分布を故意に可変制御し、被加熱物を移動させることなく被加熱物の加熱の均一化を図るものにおいて、特に被加熱物の高さ方向の加熱領域を選択指定できる高周波加熱装置を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波加熱装置は上記課題を解決するために、マイクロ波が給電される加熱室を構成する金属壁面に設けた開孔部のインピーダンスを可変制御し、被加熱物を加熱する高周波加熱装置において、前記加熱室の奥壁面の左右方向の略中央に設け前記加熱室内にマイクロ波を供給する給電部と、前記給電部に生じる電気力線の方向と同じ方向に前記金属壁面を周回する時の周回線を横切って設けた開孔部と、前記開孔部のインピーダンスの虚数成分が誘導性リアクタンス値および／または容量性リアクタンス値となるように変化させ加熱室の大きさをマイクロ波作用において可変するインピーダンス可変手段とを備えた構成としてある。
【００１５】
上記発明によれば、加熱室の実質的な大きさを変更することなく加熱室内のマイクロ波伝搬特性を変化させることができ、加熱室内でのマイクロ波の分散化あるいは特定領域へのマイクロ波の集中化を行うことにより被加熱物の加熱の均一化あるいは被加熱物の特定領域の加熱を促進することができる。そして例えば例示した構成によれば、加熱室に給電されたマイクロ波は加熱室を形成する金属壁面で反射し加熱室内には特定のマイクロ波分布が生じる。加熱室の金属壁面でのマイクロ波の入射波と反射波との位相差は１８０度である。一方金属壁面に設けた開孔部における入射波と反射波との位相差は、開孔部のインピーダンス値が零の場合は１８０度、インピーダンス値が無限大の場合は０度、誘導性リアクタンスの場合は入射波に対して反射波の位相が遅れ、容量性リアクタンスの場合は位相が進む。入射波と反射波との位相の変化に伴って加熱室の見掛け上の大きさが変化する。誘導性リアクタンスの場合はマイクロ波的作用より加熱室の大きさが見掛け上大きくなり、一方容量性リアクタンスの場合は小さくなる。これは、たとえば加熱室内に収納した被加熱物と給電部との見掛け上の距離を変化させるようなものである。この現象を利用することで被加熱物の平面上の加熱領域を可変したり、被加熱物の高さ方向の加熱領域を可変させることができ、被加熱物を移動させることなく被加熱物の加熱の均一化を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１の高周波加熱装置は、マイクロ波が給電される加熱室を構成する金属壁面に設けた開孔部のインピーダンスを可変制御し、被加熱物を加熱する高周波加熱装置において、前記加熱室の奥壁面の左右方向の略中央に設け前記加熱室内にマイクロ波を供給する給電部と、前記給電部に生じる電気力線の方向と同じ方向に前記金属壁面を周回する時の周回線を横切って設けた開孔部と、前記開孔部のインピーダンスの虚数成分が誘導性リアクタンス値および／または容量性リアクタンス値となるように変化させ加熱室の大きさをマイクロ波作用において可変するインピーダンス可変手段とを備えている。そして、加熱室の実質的な大きさを変更することなく加熱室内のマイクロ波伝搬特性を変化させることができ、加熱室内でのマイクロ波の分散化あるいは特定領域へのマイクロ波の集中化を行うことにより被加熱物の加熱の均一化あるいは被加熱物の特定領域の加熱を促進することができる。
【００１７】
本発明の請求項２の高周波加熱装置は、奥壁面には周回線を線対称として開孔部を設けている。そして、開孔部における入射波と反射波との位相差を開孔部のインピーダンスによって変化させる。この入射波と反射波との位相差の変化は加熱室の見掛け上の大きさを変化させる。開孔部のインピーダンスが誘導性リアクタンスの場合はマイクロ波的作用より加熱室の大きさが見掛け上大きくなり、一方容量性リアクタンスの場合は小さくなる。これは、たとえば加熱室内に収納した被加熱物と給電部との見掛け上の距離を変化させるようなものである。この現象を利用することで被加熱物の平面上の加熱領域を可変したり、被加熱物の高さ方向の加熱領域を可変させることができ、被加熱物を移動させることなく被加熱物の加熱の均一化を図ることができる。
【００１８】
本発明の請求項３の高周波加熱装置は、インピーダンス可変手段は、前記開孔部を開放端とし終端を閉じた溝部と、前記溝部内に回転可能に支持した回転板と、前記回転板を回転駆動する手段とから構成している。そして、回転板の溝部内での支持角度を変えることで開孔部のインピーダンスを変化させる。これにより、被加熱物の誘電加熱を中断させることなく開孔部のインピーダンスを可変制御して被加熱物の加熱領域を可変制御できるので使い勝手のよい装置を提供できる。
【００１９】
本発明の請求項４の高周波加熱装置は、前記回転板の幅広面を前記溝部終端面に対して略平行に支持した時に前記開孔部のインピーダンスの虚数成分を誘導性リアクタンス値または略零にすることを特徴としている。そして、回転板の幅広面を溝部終端面に対して略平行にした状態は開孔部から溝部終端側を見たときの開孔部における電圧反射係数の位相値がスミスチャート上で最も時計方向に位置付けされる。従って、回転板の幅広面を溝部終端面に対して略平行状態から変化させると開孔部における電圧反射係数の位相値はスミスチャート上で反時計方向に変化する。回転板の幅広面が溝部終端面に対して略平行の状態にある時の開孔部のインピーダンスを規定することで開孔部のインピーダンス変化範囲を明らかにすることができる。この特性を利用することで被加熱物の加熱の均一化あるいは特定領域の選択加熱を実現させるために要求される加熱室のマイクロ波特性を明らかにでき、所望の特性を有する加熱室にインピーダンス可変手段を実装することで被加熱物を所望状態に加熱するためのインピーダンス可変手段の制御内容を明らかにでき加熱の制御性を高めることができる。
【００２０】
本発明の請求項５記載の高周波加熱装置は、前記回転板の支持角度を検出判定する機能を有している。そして、回転板の角度をきめ細やかに制御することを可能にし被加熱物の加熱の均一化あるいは特定領域を集中加熱する制御条件を再現性よく実現できる。
【００２１】
本発明の請求項６記載の高周波加熱装置は、前記回転板は使用するマイクロ波帯において低誘電損失材料の誘電体としたことを特徴としている。そして、誘電体を回転板に使用することで回転板と溝部を形成する壁面との間でのスパーク発生を防止できるので、加熱室内に供給するマイクロ波電力が１０００Ｗを超過するような高周波加熱装置に対しても本発明のインピーダンス可変手段を実装して所望の加熱特性とその作用を実用することができる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００２３】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１を示す高周波加熱装置の外観構成図、図２は図１の要部断面構成図である。
【００２４】
図１および図２において、加熱室１０は金属材料から構成された金属境界部である右側壁面１１、左側壁面１２、奥壁面１３、上壁面１４、底壁面１５及び被加熱物を加熱室１０内に出し入れする開閉壁面である開閉扉１６により略直方体形状に構成され、給電されたマイクロ波をその内部に実質的に閉じ込めるように形成している。１７は加熱室１０に給電するマイクロ波を発生するマイクロ波発生手段であるマグネトロン、１８はマグネトロン１７が発生したマイクロ波を加熱室１０に導く導波管、１９は加熱室１０と導波管１８とをマイクロ波的に結合するとともにマグネトロン１７が発生したマイクロ波を加熱室１０内に放射する給電部であり開閉扉１６から見て奥壁面１３の左右方向の略中央に設けている。２０は周回線を示し、給電部１９の左右方向の略中央に生じる電気力線の方向と同じ方向に加熱室１０を周回した時の基準線である。
【００２５】
２１、２２、２３は奥壁面１３に設けた開孔部であり、略矩形の孔形状から構成している。開孔部２２が本発明に係わるものであり、周回線２０を横切って設けている。開孔部２１、２３は周回線２０を線対称として設けている。開孔部２１、２２、２３にはそれぞれの開孔部のインピーダンスを変化させるためのインピーダンス可変手段２４、２５、２６を加熱室１０の外側に設けている。このインピーダンス可変手段は、それぞれの開孔部２１、２２、２３と空間的に連続して形成している。インピーダンス可変手段の詳細な説明は後述するが、概要を図２を用いて説明する。図２は周回線２０の断面図を示している。インピーダンス可変手段２５は、開孔部２２を開放端とし終端２７を閉じた溝部２８と、溝部２８内において回転可能に支持した使用するマイクロ波周波数帯において誘電損失が小さくかつ材料の比誘電率が望ましくは７以上の誘電体材料の回転板２９とから構成している。また、回転板２９の回転支持角度を検出する角度検出手段３０と回転板２９を回転駆動する回転駆動手段３１を備えている。なお、開孔部２１、２３も同様構成要素からなるインピーダンス可変手段２４、２６を設けている。
【００２６】
また、３２は装置本体前面に設けられた操作部であり、操作部３２内には被加熱物の加熱領域を選択する加熱領域選択入力部３３と被加熱物へのマイクロ波の流れを表示する表示手段３４を設けている。これらについての詳細は後述する。
【００２７】
３５はマグネトロン１７を駆動するインバータ駆動電源部、３６は装置全体の動作を制御する制御手段である。３７は赤外線温度検出手段であり右側壁面１１に設けた孔３８を介して被加熱物の表面温度を検出し検出した信号は制御手段３６に入力させている。制御手段３６は、操作部３２から入力された加熱情報、赤外線温度検出手段３７および角度検出手段３０からの信号に基いて、インバータ駆動電源部３５の動作およびインピーダンス可変手段２４、２５、２６のそれぞれの回転板を回転駆動する回転駆動手段の動作を制御して加熱室１０内に収納された被加熱物を誘電加熱する。
【００２８】
また３９は被加熱物を載置するセラミック材料からなる載置台、４０は開閉扉１６の略中央部に配設され加熱室１０内を透視できるパンチング孔構成の透視窓、４１は開閉扉１６の閉成状態を判別するドアラッチスイッチである。また底壁面１５および上壁面１４の加熱室１０の外側には輻射加熱用のヒータ（図示していない）を設けている。
【００２９】
図３は図１の操作部の拡大構成図を示す。図において、本発明に係る特徴的な構成について説明する。操作部３２には、被加熱物を加熱調理する際に使用者が選択入力する様々な入力アイテムを配置している。その一つは、被加熱物の加熱方法メニューに係る選択入力アイテムであり、「解凍」キー４２、再加熱用の「あたため」キー４３および「オーブン」キー４４を配置している。これらの入力キーは被加熱物の誘電加熱あるいは輻射加熱を自動制御するものであり、各入力情報に基いて制御手段３６はインピーダンス可変手段２４、２５、２６を予め決定した制御内容に基いて制御する。
【００３０】
一方被加熱物の誘電加熱を使用者の意図に基いて実行する入力キーとして、操作部３２内には被加熱物の加熱領域を選択する加熱領域選択入力部３３と被加熱物へのマイクロ波の流れを表示する表示手段３４を配設している。加熱領域選択入力部３３は、加熱室１０内に収納され誘電加熱される被加熱物に対して開閉扉１６から見た時に、加熱室１０の左側にマイクロ波分布を偏向させて被加熱物の左側あるいは左側に置かれた被加熱物を加熱する加熱アイテム「左」キー４５、加熱室１０の略中央を加熱領域とする加熱アイテム「中央」キー４６、加熱室１０の右側にマイクロ波分布を偏向させて被加熱物を加熱する加熱アイテム「右」キー４７および加熱室１０全体にマイクロ波を分散して被加熱物全体を加熱する加熱アイテム「全体」キー４８を配置させている。また、表示手段３４は、表示手段の中央に被加熱物の絵柄４９を配置するとともに被加熱物に対して左右および上方からマイクロ波が伝搬される様子を矢印５０〜５２にて表現した表示内容を表示できるようにしている。図１ないし図３に示した表示手段３４は、加熱アイテムとして「中央」が選択入力された場合を示し、マイクロ波の伝搬を示す矢印は上方向５２が表示されることを示したものである。なお、左右の破線で示した矢印５０、５１は、表示内容の説明をするために示したものであり、実使用環境においては表示されない。また、表示手段３４の中央に表示させる被加熱物の絵柄４９は「形状」キー５３を操作して各加熱アイテムに対応してその内容を変更させることができる。これにより、使用者が所望する加熱モードを使用者は視覚的に確認でき利便性を高めている。
【００３１】
５４〜５６は被加熱物の加熱時間を入力指定するキーであり、５７は加熱開始を入力する「スタート」キー、５８は入力条件をクリアしたり加熱を中断する場合に使用する「取消」キーである。
【００３２】
図４は本発明の実施例１を示すインピーダンス可変手段の外観構成図である。図４において、インピーダンス可変手段６０は、金属部材で構成した箱型部６１を本体とし、加熱室壁面に組立実装することで溝部を形成する構成としている。その箱型部６１内には、板状構造の回転板６２を設けている。この回転板６２の両端には回転板６２を回転させるための回転軸６３、６４を設け、回転軸６３は箱型部６１の壁面に設けた孔に挿入しその孔で回転支持している。一方、回転軸６４には回転板６２を回転駆動する手段であるステッピングモータ６５の出力シャフトと連結させている。６６は回転軸６４に設けた回転角度検出のための遮光部であり、回転角度検出手段としてフォトインタラプタ（図示していない）を用いている。６７〜７０は加熱室実装用フランジであり、加熱室壁面にスポット溶接組立する。７１は回転板６２を箱型部６１内に実装するための孔である。箱型部６１の具体的な構成寸法としては、幅が８０mm、長さがＬａ＋Ｌｂ、高さが２０mmである。ＬａおよびＬｂ寸法は回転板６２の中心から箱型部６１のそれぞれの端面までの長さである。このような構成のインピーダンス可変手段を加熱室に実装する場合、箱型部６２のＬａ寸法側の所定位置に開孔部７２を配置する。この結果、箱型部６１と加熱室壁面で形成される溝部の終端は図４において箱型部６１を形成する壁面７３である。回転板６２の支持角度は回転板６２の幅広面６２ａが壁面７３に対して略平行の状態を０度と規定する。
【００３３】
回転板６２は、２００℃以上の耐熱温度を有しマイクロ波帯で低誘電損失の特性を有する樹脂材料あるいは無機材料の非金属材料を基材とし、その基材を所定の板厚さにそれぞれ成形あるいは焼成成形加工して構成している。
【００３４】
次に図５について説明する。図５は本発明のインピーダンス可変手段の特性を示すもので、開孔部における電圧反射係数の位相値特性を示している。なお、インピーダンス可変手段の構成は、以下の通りである。開孔部形状は、長軸が８０mm、その短軸が２０mmである。また箱型部６１のＬｂ寸法は２０mm、回転板６２は、比誘電率が１２．３、板厚さｔが５．０mm、板部の幅寸法と長さ寸法はそれぞれ１８mm、７８mmである。
【００３５】
図５は上記構成のインピーダンス可変手段においてＬａ寸法の変化に対する開孔部７２における電圧反射係数Ｓ１１の位相値の特性を示し、実線７４は回転板６２の支持角度が０度、破線７５は支持角度が９０度の特性である。
【００３６】
図５において、矢印７６すなわちＬａ＝３０mmの構成とすることで開孔部７２における電圧反射係数Ｓ１１の位相値を略±１８０度から略−３０度の範囲で可変させることができる。すなわちこの場合、回転板６２を回転させることで開孔部７２には容量性リアクタンス成分のみを存在させられることが認められる。また、矢印７７すなわちＬａ＝５０mmの構成とすることで開孔部における電圧反射係数Ｓ１１の位相値を略＋９０度から±１８０度を通って略−１３５度の範囲に可変させることができる。すなわち、この場合、回転板６２を回転させることで開孔部７２には誘導性リアクタンス成分（位相値範囲：＋９０度から±１８０度）と容量性リアクタンス成分（位相値範囲：±１８０度から略−１３５度）値を存在させられることが認められる。さらに矢印７８すなわちＬａ＝７０mmの構成とすることで開孔部における電圧反射係数Ｓ１１の位相値を略＋０度から＋９０度を通って略±１８０度の範囲に可変させることができる。すなわち、この場合、回転板６２を回転させることで開孔部７２には誘導性リアクタンス成分のみを存在させられることが認められる。
【００３７】
そして矢印７６で示す特性を備えたインピーダンス可変手段を用いれば、回転板６２の支持角度を０度とすると開孔部における電圧反射係数の位相値が略±１８０度、すなわち開孔部のインピーダンスが略零となるので開孔部を金属壁面と同様の作用にさせることができる。
【００３８】
一方矢印７７で示す特性を備えたインピーダンス可変手段を用いれば、回転板６２を回転させることで開孔部には誘導性リアクタンス成分と容量性リアクタンス成分との両者のインピーダンスを形成させることができる。またこの場合は回転板６２の支持角度を細かく制御することで開孔部のインピーダンスを零にすることができる。
【００３９】
さらに矢印７８で示す特性を備えたインピーダンス可変手段を用いれば、回転板６２の支持角度を９０度とすることで開孔部のインピーダンスを略零にすることができる。
【００４０】
また、回転板６２の幅広面を溝部終端面７３に対して略平行にした状態は開孔部７２から溝部終端側を見たときの開孔部７２における電圧反射係数の位相値がスミスチャート上で最も時計方向に位置付けされ、回転板６２の幅広面を溝部終端面に対して略平行状態から変化させると開孔部７２における電圧反射係数の位相値はスミスチャート上で反時計方向に変化する。回転板６２の幅広面が溝部終端面に対して略平行の状態にある時の開孔部７２のインピーダンスを規定することで開孔部７２のインピーダンス変化範囲を明らかにすることができる。
【００４１】
このように回転板６２の支持角度を変化させることで、開孔部７２のインピーダンスは変化し開孔部７２におけるマイクロ波の入射波と反射波との位相差は変化する。加熱室の金属壁面でのマイクロ波の入射波と反射波との位相差は１８０度である。一方金属壁面に設けた開孔部における入射波と反射波との位相差は、開孔部のインピーダンス値が零の場合は１８０度、インピーダンス値が無限大の場合は０度、誘導性リアクタンスの場合は入射波に対して反射波の位相が遅れ、容量性リアクタンスの場合は位相が進む。入射波と反射波との位相の変化に伴って加熱室の見掛け上の大きさが変化する。誘導性リアクタンスの場合はマイクロ波的作用より加熱室の大きさが見掛け上大きくなり、一方容量性リアクタンスの場合は小さくなる。これは、たとえば加熱室内に収納した被加熱物と給電部との見掛け上の距離を変化させるようなものである。この現象を利用することで被加熱物の平面上の加熱領域を可変したり、被加熱物の高さ方向の加熱領域を可変させることができ、被加熱物を移動させることなく被加熱物の加熱の均一化を図ることができる。また、開孔部の配設位置を選択することで加熱室内のマイクロ波分布を偏向させることができる。これらの現象を利用することで被加熱物の加熱領域の可変制御が実現できる。そしてこのような制御を用いることで被加熱物の誘電加熱においてユーザが希望する加熱領域を指定することを可能にできる。また誘電体材料からなる回転板を回転させる簡易な構成により誘電加熱中にもスパーク発生することなくすばやくマイクロ波分布を変化させることができ、加熱進行に伴うきめ細やかな加熱制御を行なうことができる。
【００４２】
次に以上の構成からなる本発明の高周波加熱装置の動作と作用について説明する。まず加熱室１０内に生じさせるマイクロ波分布について説明する。載置台３９の存在を含めて加熱室１０には開閉扉１６からみた加熱室１０の左右方向にマイクロ波分布を偏向させることを目的としてこの左右方向に生じる定在波の山の数を奇数に選択している。加熱室容積が３０リットルクラスの場合、選択するマイクロ波分布は、例えばＴＥ５３１、ＴＥ３４２、ＴＥ５２２などである。ここでＴＥは高周波電界がマイクロ波の伝搬方向に対して垂直方向に生じるマイクロ波分布のモードを示し、添え字の数値はそれぞれ加熱室１０の図１においては右側壁面１１と左側壁面１２との間に生じる定在波の山の数、図１において奥壁面１３と開閉扉１６との間に生じる定在波の山の数および底壁面１５と上壁面１４との間に生じる定在波の山の数を示す。
【００４３】
次に開孔部２２について説明する。開孔部２２は周回線２０を横切る位置であればどこに配設しても基本的には構わない。但し、加熱室１０に生じさせるマイクロ波分布を限定した場合は、そのマイクロ波分布の定在波の節の位置を避けるべきである。この開孔部２２のマイクロ波的作用を図６および図７を用いて説明する。図６は加熱室１０の上壁面１４近傍に生じるマイクロ波分布を示す。
【００４４】
図６（ａ）は、Ｌａ寸法が５０mmのインピーダンス可変手段（回転板の支持角度を０度）を開孔部２２に実装し、加熱室１０の略中央に擬似負荷を収納した状態における加熱室１０の上壁面１４近傍に生じたマイクロ波分布特性を示す。擬似負荷は、底面が１００mm平方の容器にアドヘア合成糊２００ｇを入れた負荷を用いた。また、図６（ｂ）および図６（ｃ）は、Ｌａ寸法が３０mmのインピーダンス可変手段を開孔部２２に実装し、回転板の支持角度をそれぞれ０度と９０度にした状態のマイクロ波分布特性を示す。なお、開孔部２１、２３にはＬａ寸法が３０mmのインピーダンス可変手段（回転板の支持角度は０度）を実装した。
【００４５】
また図７は図６（ａ）〜図６（ｃ）にそれぞれ示したマイクロ波分布のもとで擬似負荷であるアドヘア合成糊を誘電加熱した時の加熱分布を示す。図７においてアドヘア合成糊の白濁領域を斜線にて示す。アドヘア合成糊は約４５℃以上になるとその領域が白濁することから、図７において斜線で示した領域が強めに加熱されることを示している。図６および図７より、開孔部２２のインピーダンスの虚数成分を誘導性リアクタンスにすることで加熱室１０の給電部１９より遠い側すなわち開閉扉１６側のマイクロ波分布を強くでき被加熱物の加熱に関しても同様に開閉扉１６側の加熱を強くさせることができることが認められる。一方開孔部２２のインピーダンスを容量性リアクタンスにすることで被加熱物の給電部１９側の加熱を強くさせることができる。これは、たとえば加熱室内に収納した被加熱物と給電部との見掛け上の距離を変化させるようなものである。すなわち、加熱室１０の奥壁面１３の給電部１９の上部に設けた開孔部２２のインピーダンスを変化させることで被加熱物の加熱分布を加熱室の前後方向に変化させることができる。この現象を利用することで被加熱物の平面上の加熱領域を可変したり、嵩高い被加熱物の加熱に対しては高さ方向に加熱領域を可変させることができ、被加熱物を移動させることなく被加熱物の加熱の均一化を図ることができる。
【００４６】
またたとえば、コーヒーや牛乳などの加熱に対しては下方側を集中的に加熱することで全体の加熱の均一化を促進できる。
【００４７】
次に奥壁面１３の左右に設けた開孔部２１、２３について説明する。開孔部２１、２３は加熱室１０内に生じさせたマイクロ波分布によって生じる各金属壁面を流れる高周波電流の流れを分断する方向に長軸寸法を有する略矩形形状にて構成している。開孔部２１、２３のインピーダンスを零にすると高周波電流の流れは分断されないので加熱室１０内に生じさせたマイクロ波分布は何ら変化しない。一方、開孔部２１、２３のインピーダンスを零以外の値に変化させることで高周波電流の流れが変わり加熱室１０内に生じさせたマイクロ波分布は初期の分布から変化する。また、開孔部２１、２３のインピーダンスを変えることで開孔部におけるマイクロ波の入射波と反射波との位相差は変化するが、これらの開孔部は周回線２０から外れているので加熱室の大きさを変化させる作用度合いは開孔部２２よりは劣っている。この開孔部２１、２３のマイクロ波的作用を図８および図９を用いて説明する。なお、開孔部２２のインピーダンスは略零とした。図８は、Ｌａ寸法が３０mmのインピーダンス可変手段２４、２６を開孔部２１、２３にそれぞれ実装し、加熱室１０の略中央に擬似負荷を収納  した状態における加熱室１０の上壁面１４近傍に生じたマイクロ波分布特性を示す。擬似負荷は上記の負荷を用いた。図８（ａ）および図８（ｂ）は、インピーダンス可変手段２４、２６のそれぞれの回転板の支持角度を０度と０度（０／０／０と記す）および９０度と０度（９０／０／０と記す）にした状態のそれぞれのマイクロ波分布である。なお、開孔部２２にはＬａ寸法が３０mmのインピーダンス可変手段（回転板の支持角度は０度）を実装した。
【００４８】
また図９は図８（ａ）および図８（ｂ）にそれぞれ示したマイクロ波分布のもとで擬似負荷であるアドヘア合成糊を誘電加熱した時の加熱分布を示す。図８および図９より、開孔部２１、２３のインピーダンスを時間的に変化させることで加熱室に生じるマイクロ波分布の偏向方向を変化させられることが認められる。またこの現象を利用して加熱室１０内に載置された被加熱物の加熱分布を変化させて被加熱物をより均一に加熱させたり特定領域を選択的に加熱することができる。
【００４９】
これらのインピーダンス可変に伴う加熱特性に基づいて、図３に示した操作部３２に示した加熱アイテムの個々に対し開閉扉１６からみて左側にあるインピーダンス可変手段２４と中央にあるインピーダンス可変手段２５および右側にあるインピーダンス可変手段２６のそれぞれの回転板の回転支持角度の規定内容の具体的な実施形態としては、「左」キー４３は左側から順番に回転板の支持角度を０度、０度、９０度（０／０／９０と記す、以下同様）、「中央」キー４４は中央のインピーダンス可変手段の回転板を毎分１５回転（＊１５と記す、以下同様）としそれぞれの支持角度は（０／＊１５／０）、「右」キー４５はそれぞれの支持角度が（９０／０／０）および「全体」キー４６はそれぞれの回転板の支持角度の組合せが時間的にランダムな、例えば左側が毎分１５回転、中央が０度、右側が毎分３回転（＊１５／０／＊３と記す、以下同様）としている。そして加熱室内のマイクロ波の流れを表示したことにより、ユーザは選択した加熱アイテムの内容を容易に確認できるとともに加熱後の加熱状態と選択した加熱アイテムとの整合性を認識できるので使い勝手の良い装置とすることができる。
【００５０】
次に上記構成からなる高周波加熱装置の操作手順と制御内容について図１０を用いて説明する。被加熱物を加熱室内に収納載置した後、使用者はその被加熱物を加熱するための加熱条件を決めて上述した入力アイテムの一つを選択する（Ｓ１０１）。次に加熱時間を入力（図３の５４〜５６で指定する）した後、図３に示した「スタート」キー５７を押す（Ｓ１０２）ことで被加熱物の誘電加熱が開始される。なお、Ｓ１０３は「スタート」キー５７が押されたことを確認するものであり、「スタート」キー５７に先立って「取消」キー５８が押されるとＳ１０１に戻る。なお、入力アイテムの選択において、自動加熱調理アイテムである「あたため」キーあるいは「解凍」キーが選択された場合は、加熱時間を入力することなくＳ１０２に進む。また、この場合において被加熱物の表面温度を検出する手段を備えている場合には、希望の加熱終了温度を加熱時間を入力するキー５４〜５６を用いて入力するようにしても構わない。
【００５１】
制御手段３６は、操作部３２からの入力情報に基いて、回転板の回転駆動手段を動作させて回転板をそれぞれ所望の支持角度にセットしたり連続回転させたりする。回転板を所望の支持角度にセットする場合は、回転板の支持角度が０度の位置を検知した後、所望の支持角度に回転板をセットする（Ｓ１０４）。Ｓ１０５でインバータ駆動電源部３５の動作を開始させマグネトロン１７からマイクロ波を発生させる。
【００５２】
Ｓ１０６で被加熱物の加熱状態を監視し、Ｓ１０７の加熱終了判定が「Ｙｅｓ」になると加熱終了と判定してＳ１０８でインバータ駆動電源部３５の動作を停止し、Ｓ１０９で回転板の支持角度を０度にリセットして回転駆動手段の通電を停止させて被加熱物の誘電加熱を完了する。
【００５３】
Ｓ１０６からＳ１０７の加熱状態の監視とそれに基づく終了判定の内容は、操作部３２から入力された加熱時間の情報や赤外線温度検出手段３７の検出信号に基いて時々刻々の加熱情報を終了判定基準と照合あるいはインピーダンス可変条件と比較して実行させる。
【００５４】
なお、加熱情報は上記の情報に限定されるものではなく、例えば被加熱物が発生するガスや水蒸気を検知するセンサ情報に基づいても構わない。
【００５５】
次に制御手段３６のより具体的な制御内容を図１１から図１４を用いて説明する。
【００５６】
図１１は、「全体」加熱アイテムの制御例であり、制御手段３６はマイクロ波発生手段であるマグネトロン１７のマイクロ波出力の制御とインピーダンス可変手段のそれぞれの回転板の回転速度の連動制御とを行う。すなわち、加熱室全体にマイクロ波を分散させることを目的としてそれぞれの回転板は（＊１５／０／＊３）に制御する。また、加熱開始初期はマイクロ波出力を大きくし、入力された加熱時間の８０％の時間以降はマイクロ波出力を低下させるように制御し、被加熱物の加熱の均温化を図る。なお、マイクロ波出力の制御は行わなくても構わない。
【００５７】
図１２は、「解凍」キーの自動加熱調理制御例であり、終了温度は５℃とした場合の制御例である。制御手段３６は赤外線温度検出手段３７から得られる温度情報に基づいてそれぞれの回転板およびインバータ駆動電源部を制御する。赤外線温度検出手段３７は複数の検出素子、たとえば３２個（８行４列に配列）で構成し、加熱室１０の左右方向および奥行き方向に８行と４列をそれぞれ対応させて実装している。また、制御手段３６は検出した３２個の温度情報に基づいて各種の制御を実行する。
【００５８】
制御手段３６は加熱初期は回転板をそれぞれ（＊１５／０／＊３）とし、被加熱物の存在位置を確認する。これにより制御手段３６は被加熱物の存在位置に対応する検出素子の信号情報のみを制御用の信号として取り扱う。制御手段３６は制御信号として取り扱う温度検出信号群に基づく温度情報の最高値が０℃を超過するまでは回転板の制御条件は（＊１５／０／＊３）としてマイクロ波を分散させるとともにマイクロ波は最大出力で加熱室に供給する。制御信号用の温度検出信号群に基づく温度の最高値が０℃を超過するとマイクロ波の出力を約２００Ｗに低下させる。この条件の下での加熱継続期間において、制御手段３６は制御信号用の温度検出信号群に基づく温度情報の最高値と最低値との差を基準温度として定めた３℃と比較する。そして最高温度と最低温度との温度差が３℃を超過すると回転板の支持角度を制御して温度の低い領域に相当する側にマイクロ波分布を偏向させるように制御する（（０／０／０）、（０／９０／０）、（９０／０／０）および（０／０／９０）から自動選択）。被加熱物の存在位置に対応する検出素子から得られる信号群に基づく温度の最高温度が終了温度である５℃を超過するまで自動的にこの制御を実行し、終了温度を超過すると加熱を終了する。
【００５９】
図１３は、使用者の意図に基づく選択加熱アイテム条件と加熱時間条件とが入力された加熱制御例を示し、制御手段３７は回転板の動作に対しては入力された選択加熱条件に対応する角度に回転板をそれぞれ規定制御する（回転板制御条件群を図示した）。また、マイクロ波出力に関しては入力指定された時間の９０％までは最大出力とし、９０％を超過した時間においては、出力を低下させるとともに回転板の動作を（＊１５／０／＊３）として終了時間まで加熱を実行する。なお、この角度規定に対しては、規定の支持角度を中心として支持角度を前後に振動させることで被加熱物の載置場所に余裕度を持たせ使い勝手をより高めることができる。また、マイクロ波出力の制御はなくても構わない。
【００６０】
図１４は、「あたため」キーの自動加熱制御例であり、終了温度を７５℃とした場合の制御例を示す。制御手段３６は加熱開始から３０秒間は回転板をそれぞれ（＊１５／０／＊３）とし、被加熱物の存在位置を確認する。これにより制御手段３６は被加熱物の存在位置に対応する検出素子の温度情報のみを制御用の信号として取り扱う。また、３０秒経過以降は被加熱物の存在位置に対応する検出素子から得られる温度情報に基づいて制御する。時々刻々の温度情報に対して最高温度と最低温度との差を基準信号である７℃と比較する。最高温度と最低温度の温度差が７℃を超過すると回転板の支持角度を制御して温度の低い側にマイクロ波分布を領域偏向させるように制御する（（０／０／０）、（０／９０／０）、（０／０／９０）および（９０／０／０）から自動選択）。制御信号として取り扱っている温度情報群の最高値が指定の終了温度の−１０℃に到達するまで自動的にこの制御を実行し指定の終了温度の−１０℃に到達すると回転板の制御条件は（＊１５／０／＊３）としてマイクロ波を分散させるとともにマイクロ波出力を初期の約５０％に低下させる。この後、検出した検出信号に基づく最高温度が指定した終了温度を超過することで加熱を終了する。
【００６１】
以上の制御例が示すように、インピーダンス可変手段を時々刻々と変化する被加熱物からの温度情報に基いて制御することで被加熱物をより効果的に全体加熱あるいは領域選択加熱することができる。また、左右および中央の加熱領域を指定して被加熱物を誘電加熱することができる機能を操作パネルに付与したことで高周波加熱装置の取り扱いをガスコンロを使用するがごとくの取り扱いにさせることができユーザの利便性を飛躍的に向上させることができる装置を提供する。
【００６２】
なお、加熱情報は被加熱物の加熱方法として使用者が選択入力する情報において高周波加熱装置が検出困難な情報として位置づけされる情報（たとえば被加熱物の種類）は、操作上の煩雑さを考慮すれば、音声入力やバーコード入力によって識別させるのが望ましい。
【００６３】
また、オーブン加熱においてマイクロ波を供給する場合にも上述したインピーダンス可変手段の制御内容を用いることができる。
【００６４】
（実施例２）
次に図１５および図１６を用いて本発明の実施例２の説明をする。図１６は図１５の周回線２０の一部切り欠き断面矢視図を示す。実施例２が実施例１と相違する構成は、周回線２０を横切って設ける開孔部８０を加熱室１０の上壁面１４に配設した点である。なお、実施例１と同一部材または同一相当部材は同一番号を付与している。
【００６５】
図１５および図１６において、２０は周回線を示し、給電部１９における左右方向の略中央に生じる電気力線の方向と同じ方向に加熱室１０を周回した時の基準線である。加熱室１０の金属境界部である上壁面１４には周回線２０を横切って本発明に係わる開孔部８０を設けている。また、奥壁面１３には実施例１と同様に周回線２０を線対称とした開孔部２１、２３を設けている。開孔部８０、２１、２３にはそれぞれの開孔部のインピーダンスを変化させるためのインピーダンス可変手段８１、２４、２６を加熱室１０の外側に設けている。インピーダンス可変手段８１は、実施例１で示したものと同様の構成要素からなる。すなわち、インピーダンス可変手段８１は、開孔部８０を開放端とし終端８２を閉じた溝部８３と、溝部８３内において回転可能に支持した使用するマイクロ波周波数帯において誘電損失が小さくかつ材料の比誘電率が望ましくは７以上の誘電体材料の回転板８４とから構成している。また、回転板８４の回転支持角度を検出する角度検出手段８５と回転板８４を回転駆動する回転駆動手段８６を備えている。なお、８７は開孔部２１のインピーダンス可変手段２４の構成要素である回転板、８８は回転板８７の回転支持角度を検出する角度検出手段、８９は回転板８７を回転駆動する回転駆動手段である。
【００６６】
上記した構成における開孔部８０の作用は実施例１において対応する開孔部２２と同様である。実施例１は奥壁面１３にほぼ一列に開孔部を設けた構成であるため、加熱室１０の左右方向の寸法（すなわち左側壁面１１と右側壁面１２との間の距離）が小さくなるとインピーダンス可変手段および回転板の回転駆動手段を実装することが難しくなる。これに対して実施例２の構成を採ることで加熱室１０の形状の制限を解消できる。
【００６７】
なお、給電部は加熱室の奥壁面に限定するものではなく、上壁面、下壁面あるいは左右の側壁面に給電部を配設した構成に対しても本発明に係わる開孔部を設けることができる。
【００６８】
以上のように本発明の実施例によれば次の効果を有する。
【００６９】
（１）マイクロ波が給電される加熱室の大きさをマイクロ波作用において可変する手段を備えることにより、加熱室の実質的な大きさを変更することなく加熱室内のマイクロ波伝搬特性を変化させることができ、加熱室内でのマイクロ波の分散化あるいは特定領域へのマイクロ波の集中化を行うことにより被加熱物の加熱の均一化あるいは被加熱物の特定領域の加熱を促進することができる。
【００７０】
（２）また、開孔部における入射波と反射波との位相差を開孔部のインピーダンスによって変化させることで入射波と反射波との位相差を変えて加熱室の見掛け上の大きさを変化させる。開孔部のインピーダンスが誘導性リアクタンスの場合はマイクロ波的作用より加熱室の大きさが見掛け上大きくなり、一方容量性リアクタンスの場合は小さくなる。これは、たとえば加熱室内に収納した被加熱物と給電部との見掛け上の距離を変化させるようなものである。この現象を利用することで被加熱物の平面上の加熱領域を可変したり、被加熱物の高さ方向の加熱領域を可変させることができ、被加熱物を移動させることなく被加熱物の加熱の均一化を図ることができる。
【００７１】
（３）回転板の溝部内での支持角度を変えることで開孔部のインピーダンスを変化させる。これにより、被加熱物の誘電加熱を中断させることなく開孔部のインピーダンスを可変制御して被加熱物の加熱領域を可変制御できるので使い勝手のよい装置を提供できる。
【００７２】
（４）回転板の幅広面を溝部終端面に対して略平行にした状態は開孔部から溝部終端側を見たときの開孔部における電圧反射係数の位相値がスミスチャート上で最も時計方向に位置付けされる。従って、回転板の幅広面を溝部終端面に対して略平行状態から変化させると開孔部における電圧反射係数の位相値はスミスチャート上で反時計方向に変化する。回転板の幅広面が溝部終端面に対して略平行の状態にある時の開孔部のインピーダンスを規定することで開孔部のインピーダンス変化範囲を明らかにすることができる。この特性を利用することで被加熱物の加熱の均一化あるいは特定領域の選択加熱を実現させるために要求される加熱室のマイクロ波特性を明らかにでき、所望の特性を有する加熱室にインピーダンス可変手段を実装することで被加熱物を所望状態に加熱するためのインピーダンス可変手段の制御内容を明らかにでき加熱の制御性を高めることができる。
【００７３】
（５）回転板の支持角度を検出判定する機能を有したことにより、回転板の角度をきめ細やかに制御することを可能にし被加熱物の加熱の均一化あるいは特定領域を集中加熱する制御条件を再現性よく実現できる。
【００７４】
（６）誘電体を回転板に使用することで回転板と溝部を形成する壁面との間でのスパーク発生を防止できるので、加熱室内に供給するマイクロ波電力が１０００Ｗを超過するような高周波加熱装置に対しても本発明のインピーダンス可変手段を実装して所望の加熱特性とその作用を実用することができる。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の高周波加熱装置によれば、マイクロ波が給電される加熱室の大きさをマイクロ波作用において可変する手段を備えることにより、加熱室の実質的な大きさを変更することなく加熱室内のマイクロ波伝搬特性を変化させることができ、加熱室内でのマイクロ波の分散化あるいは特定領域へのマイクロ波の集中化を行うことにより被加熱物の加熱の均一化あるいは被加熱物の特定領域の加熱を促進することができる。
【００７６】
また、開孔部における入射波と反射波との位相差を開孔部のインピーダンスによって変化させることで入射波と反射波との位相差を変えて加熱室の見掛け上の大きさを変化させる。開孔部のインピーダンスが誘導性リアクタンスの場合はマイクロ波的作用より加熱室の大きさが見掛け上大きくなり、一方容量性リアクタンスの場合は小さくなる。これは、たとえば加熱室内に収納した被加熱物と給電部との見掛け上の距離を変化させるようなものである。この現象を利用することで被加熱物の平面上の加熱領域を可変にしたり、被加熱物の高さ方向の加熱領域を可変にしたりでき、被加熱物を移動させることなく被加熱物の加熱の均一化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施例１の高周波加熱装置の外観構成図
【図２】
図１の高周波加熱装置の要部断面図
【図３】
図１の操作部の拡大構成図
【図４】
本発明の実施例１のインピーダンス可変手段の外観構成図
【図５】
図４のインピーダンス可変手段の特性図
【図６】
（ａ）（ｂ）（ｃ）は図１の高周波加熱装置に生じる第１の電界分布特性図
【図７】
（ａ）（ｂ）（ｃ）は図６の特性に対応した擬似負荷の加熱分布図
【図８】
（ａ）（ｂ）は図１の高周波加熱装置に生じる第２の電界分布特性図
【図９】
（ａ）（ｂ）は図８の特性に対応した擬似負荷の加熱分布図
【図１０】
本発明の実施例１の高周波加熱装置の制御内容を示すフローチャート
【図１１】
図１の高周波加熱装置の第一の制御内容を示す図
【図１２】
図１の高周波加熱装置の第二の制御内容を示す図
【図１３】
図１の高周波加熱装置の第三の制御内容を示す図
【図１４】
図１の高周波加熱装置の第四の制御内容を示す図
【図１５】
本発明の実施例２の高周波加熱装置の外観構成図
【図１６】
図１５の高周波加熱装置の要部断面図
【符号の説明】
１０  加熱室
１７  マグネトロン（マイクロ波発生手段）
１９  給電部
２０  周回線
２１、２２、２３、７２、８０  開孔部
２４、２５、２６、６０、８１  インピーダンス可変手段
２７、７３、８２  溝部の終端
２８、８３  溝部
２９、６２、８４、８７  回転板
３０、８５、８８  支持角度検出手段
３１、６５、８６、８９  回転駆動手段
３６  制御手段
６６  遮光部（支持角度検出手段）