(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
食品を収納して加熱する加熱室と、加熱室内へマイクロ波を供給するマグネトロンと、加熱室内の食品を加熱する電熱発熱体とを備え、前記電熱発熱体は炭素系物質で構成した発熱部と前記発熱部を懸架するタングステンまたはモリブデンで構成したコイルとを耐熱ガラスで構成した透明管に挿入し、前記発熱部は、銅、金、白金、ルテニウム、ロジウムの中から選択したひとつの金属を表面にコーティング処理した高周波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、食品をマイクロ波加熱すると共に電熱発熱体によって焦げ目を付ける高周波加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来使用されている高周波加熱装置には、食品に焦げ目を付けるための手段としてヒータを使用している。このヒータとしては、代表的なものに、石英ガラスなどの透明管に発熱線としてタングステンコイルを挿入して真空に引いた石英管ヒータや、結晶化ガラス中に発熱線としてＦｅ−Ｃｒ−Ａｌコイルを挿入したミラクロンヒータや、ステンレスパイプ中に発熱線として作用するＮｉ−Ｃｒコイルを挿入したシーズヒータがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の高周波加熱装置に使用しているヒータは、赤外線の放射率が低いという課題を有している。
【０００４】
調理機器に使用するヒータは、『炭火』に代表されるような遠赤外線の放射率が大きいものが望ましい。つまり、遠赤外線は調理物の内部に深く浸透する性質を有しているものである。この点、例えば従来高周波加熱装置に使用しているタングステンを発熱線として使用しているヒータは、遠赤外線の平均的な放射率が３０〜３９％と非常に低いものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、炭素系物質で構成した発熱部と前記発熱部を懸架するコイルとを有する電熱発熱体によって食品を加熱するようにして、遠赤外線の放射率が大きく、効率の高い食品の加熱ができ、更に装置外にマイクロ波が漏洩することを防止できる高周波加熱装置としているものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載した発明は、食品を収納して加熱する加熱室と、加熱室内にマイクロ波を供給するマグネトロンと、加熱室内の食品を加熱する電熱発熱体とを備え、前記電熱発熱体は炭素系物質で構成した発熱部と、前記発熱部を懸架するタングステンまたはモリブデンで構成したコイルとを耐熱ガラスで構成した透明管に挿入し、前記発熱部は、銅、金、白金、ルテニウム、ロジウムの中から選択したひとつの金属を表面にコーティング処理した構成として、遠赤外線の放射率が大きく、効率の高い食品の加熱ができる高周波加熱装置としているものである。また発熱部には、銅、金、白金、ルテニウム、ロジウムの中から選択したひとつの金属を表面にコーティング処理して、発熱部が接続部のコイルに吸収されることを防止でき、長期に亘って品質が安定した高周波加熱装置としている。
【０００７】
【実施例】
以下本発明の実施例について説明する。図１は本実施例の高周波加熱装置の構成を示す断面図である。食品を収納して加熱する加熱室１には、マグネトロン２がするマイクロ波が図示していない導波管によって導かれ、ターンテーブル３上に置かれている食品４がマ１マイクロ波加熱されている。加熱室１の側面は筐体５で、上面は筐体６で覆われている。筐体６と加熱室１の空間部には、加熱室１内の食品を加熱する電熱発熱体７を配置している。
【０００８】
図２（ａ）は、前記電熱発熱体７の構成を示す側断面図である。図２（ｂ）は、同、正面断面図である。電熱発熱体７は、透明管８の内部に、炭素系物質で構成した発熱部１０と、発熱部１０を懸架するコイル１１と、モリブデン箔１２を収容している。モリブデン箔１２には、外部リード線１３を接続している。前記コイル１１は、一端には前記モリブデン箔１２を接続しており、一端には接続部１４を有している。接続部１４はコイル１１の一部を小径の螺旋体にして構成しており、前記発熱部１０を内部にねじ込んで電気的に接続するようにしている。また前記モリブデン箔１２は、封口部１５を形成しているものである。
【０００９】
以下本実施例の動作について説明する。図示してないスイッチをオンすると、マグネトロン２と電熱発熱体７とモータ２０が通電される。マグネトロン２がマイクロ波をすると、このマイクロ波は図示していない導波管を通って加熱室１内に放射される。モータ１５の通電によってターンテーブル３は回転しており、従ってターンテーブル３上の食品４には、マイクロ波が万遍なく照射され、食品はマイクロ波加熱される。同時に、電熱発熱体７が通電されているため、食品４の表面は加熱され、食品４には焦げ目がつくものである。
【００１０】
こうして、食品４はマイクロ波加熱されると同時に、電熱発熱体７によって表面に焦げ目をつけられる。
【００１１】
このとき本実施例では、図１に示しているように、電熱発熱体７の配置位置を、電熱発熱体７を構成するコイル１１が加熱室１と加熱室１を覆う筐体５または筐体６との境界部にまたがるような位置としているものである。この構成とすることによって、マグネトロン２がするマイクロ波が外部へ漏洩することが無くなるものである。つまり、電熱発熱体７を構成するコイル１１は、高周波的にはチョークコイルとして作動するものである。このため前記したように、マグネトロン２がするマイクロ波が外部へ漏洩することが無くなるものである。発明者らが、このときのコイル１１のコイルの長さとターン数とピッチについて実験を行ったところ、加熱室と外部筐体との境界部分にまたがる長さとして概ね７ｍｍ以下、ターン数は１．５以上、ピッチは狭いほど電波遮断の効果は顕著であることが判明した。これに対して、従来使用しているミラクロンヒータをそのまま使用した場合には、発熱状態では金属コイル線が膨張してヒータパイプと接触することにより、金属コイル線からヒータパイプを通じて電気が漏洩するので、筐体との間は完全に電気絶縁をしなければならないものである。この点本実施例の構成とした場合には、発熱部１０とコイル１１とは、透明管８に対して宙に浮いた状態となっており、電気的には透明管８とは完全に絶縁されている。かくして、発熱部１０である炭素系物質と、発熱部１０を懸架するコイル１１の構造のみで、新規に電波を漏洩する手段を設けないでも高周波は完全に遮断でき、かつ外部筐体との間の電気絶縁も十分保つことができるものである。
【００１２】
また本実施例では、電熱発熱体７として、炭素系物質で構成した発熱部１０を使用している。炭素系物質は、全波長領域にわたって与えられた温度における放射エネルギーの最大値を与える黒体放射に近似しているため、発熱体として最高の材料である。本実施例では、発熱部１０を構成する材料として、黒鉛炭素の粉末と、焼成によって容易に炭化する樹脂成分と、窒化ホウ素を出発原料とした炭素系物質とを使用している。窒化ホウ素を出発原料とした炭素系物質は、固有抵抗を大きくする成分として使用しているものである。
【００１３】
また前記説明では発熱部１０は１本として説明しているが、複数の発熱部１０を透明管８内に挿入する構成とすることもできる。この構成とした場合には、電熱発熱体７の消費電力の設定を自由にすることができるものである。発明者らの実験によれば、１８５００μΩ・ｃｍの固有抵抗を持つ発熱長２８０ｍｍ、線径１．２ｍｍの一様な丸棒の炭素系物質を用いるようにした場合には、３１４Ｗ（１００Ｖ−３．１４Ａ）の発熱量の発熱部１０を得られるものである。従って前記発熱部１０をｎ本使用する電熱発熱体７とすれば、消費電力は３１４×ｎＷとなるものである。
【００１４】
また本実施例では、透明管８として耐熱ガラスである石英ガラスを使用している。具体的には、内径８ｍｍ、肉厚１ｍｍのパイプに構成した石英ガラスを使用しているものである。石英ガラスは耐熱性が高く、軟化温度は１６５０℃である。なお透明管８としては、特に石英ガラスに限定する必要はなく、耐熱性が高く透明であれば良いものである。このため、電熱発熱体７の動作温度の設定を、軟化温度である１６５０℃近くとでき、効率の高い加熱ができる高周波加熱装置を実現できるものである。
【００１５】
また本実施例では、透明管８内にアルゴンまたは窒素の単体ガスまたはアルゴンと窒素の混合ガスを封入した電熱発熱体７を使用している。つまり、電熱発熱体７を、透明管８内に発熱部１０を挿入した後、ロータリーポンプなどの真空ポンプを用いて０．０１Ｔｏｒｒ以下に減圧したのち、アルゴンまたは窒素の単体ガスまたはアルゴンと窒素の混合ガスを内部圧を約６００Ｔｏｒｒとして封入した後封口する製造方法としているものである。前記アルゴンまたは窒素の単体ガスまたはアルゴンと窒素の混合ガスは不活性ガスであり、発熱部１０が通電によって高温となったときに、雰囲気中で酸化して消耗することを防止するものである。つまり発熱部１０として使用している炭素系物質は、蒸気圧が極く低いものである。例えば１０Ｔｏｒｒを与える温度は３９４６℃である。このため、アルゴンまたは窒素の単体ガスまたはアルゴンと窒素の混合ガスを不活性ガスとして封入して、発熱時の発熱部１０の蒸発を防止する効果は非常に大きいものである。このとき、透明管８の内部に水蒸気が少し残っている場合や、真空度が低い場合には、アーク放電を防ぐために、アルゴンよりも窒素の単体ガスまたはアルゴンと窒素の混合ガスが有効である。この場合も、ガス圧は６００Ｔｏｒｒ前後が適当である。
【００１６】
また本実施例では、タングステンまたはモリブデンで構成した接続部１４に、炭素系物質で構成した発熱部１０をねじ込んで接続している。発熱部１０の線膨張率は、５〜６×１０−６／℃であるのに対して、接続部１４を構成するタングステンまたはモリブデンの線膨張率は５×１０−６／℃である。つまり両者はほぼ一致しているものである。このため、通電によって電熱発熱体７が高温となり、非使用時に電熱発熱体７が常温となる温度サイクルを繰り返しても、発熱部１０が接続部１４から外れたり、接続が弛んだりするような事態は生じないものである。つまり本実施例によれば、発熱時の膨張や電源遮断時の収縮に対しても発熱部が接続部から容易に抜けることがなく、長期に亘って安定した特性を有する高周波加熱装置を実現するものである。
【００１７】
また本実施例で使用している電熱発熱体７は、コイル１１を有しているものである。コイル１１は電極を構成しているものであると同時に、発熱部１０を懸架しているものである。つまり、発熱部１０が高温となって膨張してもこの膨張分を吸収できるだけの強度を有しているものである。発熱部１０として、１８５００μΩ・ｃｍの固有抵抗を持つ発熱長２８０ｍｍ、線径１．２ｍｍの炭素系物質を使用した場合には、この発熱体２を懸架するのに必要な引っ張り強度は２．２ｋｇ／ｍｍ２である。この引っ張り強度を高温でも維持するためには、高温状態での引っ張り強度の低下も考慮して、およそその１／３の引っ張り荷重即ち０．７ｋｇ／ｍｍ２を更に加えることが必要である。発明者らの実験では、この強度は、例えば、タングステンでは線径６００ＭＧ（＝φ０．４４６ｍｍ）、コイル径７．２ｍｍ、ターン数７、伸び３ｍｍによって達成することができるものである。前記ＭＧと線形Ｄとの間には、ＭＧ＝３０１６Ｄ２の関係がある。本実施例の発熱体２は、発熱時には１１００〜１４００℃となり、全体として約２〜３ｍｍ膨張するものである。従って前記コイル１１はこの膨張分を十分吸収でき、発熱体２を十分懸架することができるものである。
【００１８】
また本実施例では封口部１５を、アメリカのＨ．ＣＲＯＳＳ社製のモリブデン箔を用いて実現している。封口部７は、前記モリブデン箔５を介して透明管８の内部と外部とを電気的に接続する部分として使用される。本実施例の電熱発熱体では、内部と外部とのシール性が極めて重要となるものであるが、前記したモリブデン箔を使用することによってこのシールを完全なものとすることができる。このモリブデン箔の断面形状は凸レンズ状となっており、中心部の膜厚は約３０μｍで、先端側はフェザーエッジとなっており、最大数オングストローム（１オングストローム＝０．１ｎｍ）の隙間しかないものである。また発熱時には、相対的にモリブデンの方が石英ガラスよりも膨張するものであるから、空気が侵入したり、内部の不活性ガスが抜けてしまうことはない。この封口は、石英ガラスで構成した透明管８の両端をバーナで加熱して軟化させ、周囲から加圧して透明管８を封口すると同時にモリブデン箔１２を内部に閉じこめるものである。
【００１９】
なお前記モリブデン箔１２とコイル１１との接続は、コイル１１がモリブデンである場合にはモリブデン箔１２と容易に接続できるが、コイル１１がタングステンである場合には白金箔を介することによってモリブデン箔１２と容易に接続できる本実施例のタングステンのコイルの延長部分とモリブデン箔１２と容易に接続できるものである。つまり白金箔がそれぞれの金属の金属間化合物を形成するものである。
【００２０】
また本実施例では、発熱部１０の表面をコーティング処理している。このコーティング処理は、銅、金、白金、ルテニウム、ロジウムの中から選択したひとつの金属を使用して行っているものである。
【００２１】
H.Moissanらの研究事例（Compt. rend.,116,1893,p349; Ann. chim. et phys.,8,1896,p559）によれば、タングステンまたはモリブデンは炭素系物質（以下カーボンという）と高温で反応し、カーバイド化すると説明されている。一般には、酸素のない雰囲気中で、タングステンとは概ね８５０℃以上で、モリブデンとは概ね５００℃以上で反応が開始される。この反応が進行するにつれて、カーボンがタングステンまたはモリブデンに吸収されるものである。このカーボンがタングステンまたはモリブデンに吸収される現象は、電熱発熱体７の耐久性にとって大きな課題である。つまり電熱発熱体７の耐久性を高めるためには、タングステンまたはモリブデンと、カーボンとを直接接触させることはできないものである。そこで、発明者らは種々検討の結果、タングステンまたはモリブデンとカーボンとが反応しない金属を見出した。それらの金属が銅、金、白金、ルテニウム、ロジウムである。これらの金属をタングステンまたはモリブデンとカーボンとの間に形成することによって、タングステンまたはモリブデンとカーボンとの高温での原子の拡散を抑えるバリヤーとするものである。この場合、金属をタングステンまたはモリブデンの間に形成する方法として、タングステンまたはモリブデン側の表面にメッキなどの化学的手段でコーティングするかまたは蒸着などの物理的手段によりコーティングする方法と、カーボン側の表面にコーティングする方法がある。タングステンまたはモリブデン側の表面にはメッキまたは蒸着あるいはスパッタ法により容易にコーティングすることができる。一方、カーボンの表面にコーティングする方法としては、接続部以外にはコーティングは不要であるから、接続部のみ効率的かつ確実にコーティングする方法が重要である。また、コーティングにより、本発熱体の耐久性に著しく悪影響を与えるハロゲン元素などを含む処理液を使うことはできない。そこで、種々実験の結果見出したのがタングステンまたはモリブデンと接続する部分のカーボンの表面に、銅、白金、ルテニウム、ロジウムより選ばれた金属の硝酸溶液中にカーボンを浸漬し、加熱焼成して、該金属の単体に変化せしめる方法である。
【００２２】
銅の場合には、タングステンまたはモリブデンと接続する部分のカーボンの表面に、硝酸銅溶液中に炭素系物質を浸漬した後、焼成により銅単体に変化させる方法とする。
【００２３】
白金の場合には、タングステンまたはモリブデンと接続する部分のカーボンの表面に、ジニトロジアンミン白金硝酸溶液中に炭素系物質を浸漬した後、焼成により白金単体に変化させる方法とする。
【００２４】
ルテニウムの場合は、タングステンまたはモリブデンと接続する部分のカーボンの表面に、硝酸ルテニウム溶液中に炭素系物質を浸漬した後、焼成によりルテニウム単体に変化させる方法とする。
【００２５】
またロジウムの場合は、タングステンまたはモリブデンと接続する部分のカーボンの表面に、硝酸ロジウム溶液中に炭素系物質を浸漬した後、焼成によりロジウム単体に変化させる方法とする。
【００２６】
最後に、前記金属の硝酸化合物を加熱・焼成により金属単体に変化させる具体的な手段を説明する。タングステンまたはモリブデンから成るコイル状の電極と引っ張りコイルを接続した炭素系物質の発熱体を透明管に挿入した後、真空下で少なくとも１２００℃以上で炭素系物質を通電することにより、炭素系物質に含まれるハロゲンなどの不純物の除去と同時に金属単体に変化させることができる。
【００２７】
次に、前記発熱部１０の表面をコーティング処理した電熱発熱体７の耐久性試験の結果と加熱性能について述べる。この実験に使用している炭素系物質は、固有抵抗が１８０００μΩ・ｃｍ、直径は１．２ｍｍ、発熱長は２８０ｍｍのもので、１００Ｖ−３２０Ｗで発熱温度が１２００℃であった。このサンプルについて１００Ｖで２分通電−２分休止のサイクル試験を行った結果を図３に示している。この実験の結果、通電／休止の積算時間が３７００時間でも断線することがなく、また消費電力量の変化も初期に比べて１％以内に収まっているものである。積算時間３７００時間は、仮に、１日に１時間使用するものとして１０年以上の寿命に相当するものである。すなわち、本実施例の電熱発熱体７は極めて耐久性の高いことを実現しているものである。
【００２８】
次に本実施例の高周波加熱装置の加熱性能を検証した結果を報告する。図４はこの結果を示す特性図である。図４のａは、本実施例のもので、発熱部１０として炭素発熱体を使用しているものである。またｂは、従来のミラクロンヒータを電熱発熱体７として使用したものである。この図４から判るように、同じ消費電力量でトーストを焼いた場合、表面温度が２００℃に到達するのにミラクロンヒータでは、６分かかっていたものが、本実施例のものでは半分の３分で調理できるものである。このため、本実施例の炭素発熱体を使用した場合には、大幅なエネルギーの節約になるものである。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、食品を収納して加熱する加熱室と、加熱室内へマイクロ波を供給するマグネトロンと、加熱室内の食品を加熱する電熱発熱体とを備え、前記電熱発熱体は炭素系物質で構成した発熱部と、前記発熱部を懸架するタングステンまたはモリブデンで構成したコイルとを耐熱ガラスで構成した透明管に挿入し、前記発熱部は、銅、金、白金、ルテニウム、ロジウムの中から選択したひとつの金属を表面にコーティング処理した構成として、遠赤外線の放射率が大きく、効率の高い食品の加熱ができる高周波加熱装置を実現するものである。また発熱部は、銅、金、白金、ルテニウム、ロジウムの中から選択したひとつの金属を表面にコーティング処理した構成として、発熱部が接続部に吸収されることを防止でき、長期に亘って品質が安定した高周波加熱装置を実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例である高周波加熱装置の構成を示す断面図
【図２】  （ａ）同、電熱発熱体の構成を示す断面図
（ｂ）同、正面図
【図３】  同、電熱発熱体の耐久試験の結果を示す特性図
【図４】  同、高周波加熱装置の加熱特性を示す特性図
【符号の説明】
１  加熱室
２  マグネトロン
４  食品
５  筐体
６  筐体
７  電熱発熱体
８  透明管
１０  発熱部
１１  コイル
１２  モリブデン箔
１４  接続部
【図１】
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【図２】
0003924956.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003924956.tif 000005