(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱室内に供給した高周波を閉じ込める壁面に設けた開孔部と前記開孔部に連通し他端を閉じた溝部と溝部内に設けた回転体とで構成し、回転体の回転角度を変化させることで開孔部のインピーダンスを変化させる構成からなる整合状態可変手段と、前記回転体を回転駆動する駆動手段と、前記駆動手段の動作を制御するリレーと、前記駆動手段の動作を停止させるために前記リレーの動作を停止する開閉スイッチを開状態にする手動駆動優先キーと、前記整合状態可変手段の回転体を自動駆動するために前記リレーの動作を制御する制御信号を出力させる自動駆動操作キーと前記手動駆動優先キーを押した後に前記回転体を手動駆動する回転つまみとを有する整合状態操作部とを備えた高周波加熱装置。
【請求項２】
前記回転体が平板で構成された請求項１に記載の高周波加熱装置。
【請求項３】
前記回転つまみが前記回転体の回転角度を表示した角度支持印を有し、前記回転体が前記回転つまみの回転に連動して回転する請求項１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、被加熱物を誘電加熱する高周波加熱装置に関し、更に詳しくは出力整合制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高周波加熱装置は、被加熱物を直接的に加熱できるので、なべ釜を準備する必要がない簡便さでもって生活上の不可欠な機器になっている。しかしながら、被加熱物を収納する加熱室はその形状が変化させうる構造体ではないので、被加熱物の存在により加熱室の電気的な特性は変化する。この加熱室内の電気的特性変化は、加熱室内に供給する高周波を発生する高周波発生手段の特性に影響を与える。高周波発生手段が受ける影響は、発振周波数と発振出力の変化に代表される。
【０００３】
高周波加熱装置に表示されている高周波出力は、その測定方法がＪＩＳ規格やＩＥＣ規格に規定されているが、高周波測定に用いられる被加熱物の量はそれぞれ水２０００ｃｃと１０００ｃｃとに規定され、生活上一般的に加熱する被加熱物の量（約２００ｃｃ〜４００ｃｃ）と乖離している。そして、この被加熱物の量の影響により、一般的な被加熱物の量に対する高周波出力は装置に表示されている出力値の６０〜８０％程度である。
【０００４】
このような高周波特性を改善するための技術としては、高周波における整合技術が用いられる。そもそも高周波加熱装置は、規格に規定された被加熱物に対して高周波発生手段が発生した高周波を最大化して加熱室に伝送するために導波管内に金属ポストを突出させて整合状態の最適化が図られているのが一般的である。もちろん、この金属ポストの配設位置や形状を変更すれば任意の被加熱物に対して最適な整合状態を図ることができるが、金属ポストを移動させるためには複雑で高価な構造が要求され実用上の課題となっている。
【０００５】
この実用上の課題をいくつか解決して実用されている従来技術としては、特開平６−１０４０８２号公報がある。また、その機能を用いた各種制御方法について開示された特開平８−１７５６９号公報がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成は導波管内に整合手段を設けたものであり、導波管内の高い電界強度に常時曝されるために長時間の加熱あるいは短時間の繰返し加熱が連続的に行われた場合に整合手段を構成する誘電体回転軸が加熱され回転駆動系が熱的に破損したり、場合によっては誘電体回転軸自身が溶融する危険性があった。
【０００７】
また、電界強度との結合が強いために整合手段を可動させた時に予測外の整合状態に至る場合があり、高周波発生手段が非発振状態になったりモーディング現象を生じ所定の加熱が行えない事態が起こる危険性があった。
【０００８】
さらには、加熱室内に生じる高周波分布は導波管内に設けた整合手段を可動制御しても通常はほとんど変化しないが、高周波を加熱室に供給する給電口から見ることができる位置に整合手段を設けると加熱室壁面や被加熱物表面で反射した高周波が整合手段に直接的に入射することになり、加熱室内の高周波分布が通常予測できる分布とは異なる分布を生じる場合がある。このような場合、整合手段の近傍には予測を超えた定在波が生じ整合手段が高電界によって破損する危険性もあった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するもので、整合手段を導波管以外に設けて被加熱物を効率よく高周波加熱する装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【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、加熱室内に供給した高周波を閉じ込める壁面に設けた開孔部と前記開孔部に連通し他端を閉じた溝部と溝部内に設けた回転体とで構成し、回転体の回転角度を変化させることで開孔部のインピーダンスを変化させる構成からなる整合状態可変手段と、前記回転体を回転駆動する駆動手段と、前記駆動手段の動作を制御するリレーと、前記駆動手段の動作を停止させるために前記リレーの動作を停止する開閉スイッチを開状態にする手動駆動優先キーと、前記整合状態可変手段の回転体を自動駆動するために前記リレーの動作を制御する制御信号を出力させる自動駆動操作キーと前記手動駆動優先キーを押した後に前記回転体を手動駆動する回転つまみとを有する整合状態操作部とを備えたとしている。
【００１１】
上記発明によれば、整合状態可変手段は導波管内に対して約一桁低い電界強度下である加熱室内の高周波に作用させているので、予測外の事態に対しても整合状態可変手段の熱的かつ機械的な破損を回避させることができる。また、高周波との結合が緩やかであるので、すべての操作状態に対して装置を構成する各部品の動作異常や破損を解消できるため装置の使用者が操作可能な場所に整合状態操作部を配設でき、整合状態可変による被加熱物の加熱状態の良否に対する使用実感を提供し利便性を高めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、
加熱室内に供給した高周波を閉じ込める壁面に設けた開孔部と前記開孔部に連通し他端を閉じた溝部と溝部内に設けた回転体とで構成し、回転体の回転角度を変化させることで開孔部のインピーダンスを変化させる構成からなる整合状態可変手段と、前記回転体を回転駆動する駆動手段と、前記駆動手段の動作を制御するリレーと、前記駆動手段の動作を停止させるために前記リレーの動作を停止する開閉スイッチを開状態にする手動駆動優先キーと、前記整合状態可変手段の回転体を自動駆動するために前記リレーの動作を制御する制御信号を出力させる自動駆動操作キーと前記手動駆動優先キーを押した後に前記回転体を手動駆動する回転つまみとを有する整合状態操作部とを備えたもので、これにより導波管内に対して約一桁低い電界強度下である加熱室内の高周波に作用させているので、予測外の事態に対しても整合状態可変手段を熱的かつ機械的な破損から回避させることができる。また、高周波との結合が緩やかであるので、すべての操作状態に対して装置を構成する各部品の動作異常や破損を解消できるため装置の使用者が操作可能な場所に整合状態操作部を配設でき、整合状態可変による動作上の使用感を実感することができる。
【００１３】
また、整合状態可変手段を加熱室内に供給した高周波を閉じ込める壁面に設けた開孔部と、前記開孔部に連通し他端を閉じた溝部と、溝部内に設けた回転体とで構成し、回転体の回転角度を変化させることで開孔部のインピーダンスを変化させる構成としたもので、これにより、高周波発生手段と加熱室との整合状態の調整に加えて加熱室内の加熱分布をも変化させることができ、被加熱物の加熱促進とともに加熱の均一化を図ることができる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、特に、請求項１において、前記回転体が平板で構成したものであり、特性変化の周期を略９０度に設定できる。これにより整合調整状態を回転体の回転位置により容易に識別することができる。
【００１５】
また、回転体を回転駆動する駆動手段を備えたものであり、回転体の回転位置と整合状態との関係を一義的に決定でき制御性を高めることができる。
【００１６】
さらにまた、整合状態操作部は、自動駆動と手動駆動の両方の操作を備えた構成とし、これにより一般的な被加熱物は自動駆動とし、特殊な被加熱物は手動駆動とするなどの使用者が使い方を選択できる操作を提供できる。
【００１７】
請求項３記載の発明は、特に、請求項１において、前記回転つまみが前記回転体の回転角度を表示した角度支持印を有し、前記回転体が前記回転つまみの回転に連動して回転するものである。これにより、使用者がよく利用する被加熱物に対してその最適な加熱方法を認知していただくことができる。
【００１８】
【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。
【００１９】
図１は本発明の一実施例を示す高周波加熱装置の主要部構成図、図２は図１の外観構成図、図３は図１の主要制御回路図である。
【００２０】
図において、１０は被加熱物を収納する加熱室、１１は導波管であり高周波発生手段（図示していない）を一端に装着する。また導波管１１の他端には加熱室１０の壁面に設けた給電口（図示していない）を配置している。１２は加熱室１０の給電口の上方の加熱室壁面に設けた開孔部（整合状態可変手段）、１３は開孔部１２を一端側で覆う箱型形状の溝部（整合状態可変手段）、１４は箱型形状の溝部１３の終端１５から所定の距離をもって配置した回転体（整合状態可変手段）である。この回転体１４は、使用する周波数帯において低誘電損失でかつ比誘電率が７以上の誘電体材料、たとえばセラミックス系、ガラス系、樹脂系からなる所定厚さの平板で構成している。回転体１４はその両端に回転軸を設け一方の回転軸には回転軸と一体的に回転する歯車１６を設けている。１７は回転体１４を回転駆動する駆動モータ（整合状態可変手段）であり、駆動モータ１７の回転軸には歯車１８を配しその先端には手動駆動操作用の回転つまみ１９を挿入組立している。歯車１６と歯車１８とはベルト２０によって連動回転させている。
【００２１】
２１は加熱室１０に被加熱物を出し入れするための開閉扉、２２は操作パネルである。操作パネル２２には、整合状態可変手段を手動駆動する回転つまみ１９、整合状態可変手段を自動駆動するために外部から入力する加熱情報、たとえば被加熱物の形状を表現した「お皿」キー２３、「カップ」キー２４を設けている。２５は手動駆動優先キー、２６、２７は加熱時間や高周波出力を設定するためアップダウンキーである。「出力」キー２８を操作した後にアップダウンキー２６，２７を操作すると高周波出力の設定ができ、「出力」キー２８を操作せずにアップダウンキー２６，２７を操作すると加熱時間の設定ができる。２９は加熱時間あるいは高周波出力の設定内容を表示する表示部、３０は加熱動作を開始する「開始」キー、３１は設定内容を解除する「取消」キーである。また回転つまみ１９には、手動駆動操作の識別手段として、回転体１４の回転角度を表示した角度支持印３２を設けている。
【００２２】
回転体１４を平板構成とすることで、特性変化の周期を略９０度に設定でき整合調整状態を回転位置により容易に識別することができる。
【００２３】
次に上記構成の主要動作について説明する。整合状態可変手段は、回転体１４の支持角度を変化させることで加熱室１０壁面に設けた開孔部１２のインピーダンスを変化させる。この開孔部１２のインピーダンスを開孔部１２における電圧反射係数で表現すると開孔部１２のインピーダンスが零の場合は電圧反射係数の位相値は±１８０度、開孔部１２のインピーダンスが無限大の場合は電圧反射係数の位相値は±０度である。開孔部１２のインピーダンスを零にすることは開孔部１２を金属で閉塞した状態と等価であり、整合状態可変手段は加熱室１０内の高周波分布に何らの影響も与えない。
【００２４】
開孔部１２のインピーダンスを零以外に変化させると開孔部１２に入射した高周波は開孔部１２のインピーダンスの影響を受けて反射波の位相が変化する。この通常とは異なる位相をもった反射波もまた加熱室１０内で反射を繰り返す。加熱室１０壁面の全体面積に対して開孔部１２が占有する面積は非常に小さいけれど、加熱室１０内での高周波の反射の繰返しにより開孔部１２での反射特性の違いが加熱室１０全体に存在する高周波に影響を与え結果的に加熱室１０のインピーダンスが変化する。開孔部１２のインピーダンスの容量成分を増す方向、電圧反射係数の位相値で言えば±１８０度から−９０度側に変化させることは加熱室１０の大きさあるいは高周波の伝搬距離を小さくするように作用する。一方、開孔部１２のインピーダンスの誘導成分を増す方向は加熱室１０の大きさあるいは高周波の伝搬距離を大きくするように作用する。このように開孔部１２のインピーダンスを変化させることで高周波発生手段から見た加熱室１０側の負荷インピーダンスを変化させることができ、ひいては高周波発生手段と加熱室１０との整合状態を変化させることができる。
【００２５】
加熱室１０に供給された高周波は加熱室１０を形成する加熱室１０壁面で反射を繰返し加熱室内全域に分散するので導波管１１内の電界強度に対して加熱室１０の電界強度は約一桁低い値である。この加熱室１０の壁面に設けた整合状態可変手段は導波管１１内配置に比べて高周波電界による加熱が緩やかであり、熱的かつ機械的な破損を十二分に解消させることができるので、被加熱物の種類や量あるいは加熱状態にかかわらず好みのタイミングで整合状態を可変させることができる。この結果、整合状態可変手段の手動操作を実現させた構成を採用することができる。
【００２６】
このような整合状態可変手段の駆動制御について以下に説明する。図３において３３は高周波発生手段や整合状態可変手段の動作を制御する制御部、３４は手動駆動優先キー２５に連動して開閉するスイッチ、３５は操作部２２上の自動駆動操作キーの入力に対して制御部３３の出力により開閉状態が切替わるリレーである。３６，３７はダイオード、３８はトランジスタ、３９は商用電源を示す。操作部２２から整合状態可変手段を自動駆動する外部加熱情報が入力され、さらには加熱時間や高周波出力が入力設定された後に「開始」キー３０が押されると制御部３３の出力信号によってトランジスタ３８が導通しリレー３５が閉状態になり回転体１４の駆動モータ１７が動作状態になる。設定した加熱時間を経過すると制御部３３の出力信号がなくなりトランジスタ３８が非導通になってリレー３５が開状態になり駆動モータ１７の動作が停止する。
【００２７】
一方、設定した加熱時間内あるいは加熱開始に先だって手動駆動優先キー２５が押されるとスイッチ３４が開状態となり、リレー３５が開状態となって駆動モータ１７は動作を停止する。この状態の下で回転つまみ１９の支持角度印３２を所望の位置に手動回転することで回転体１４の支持角度が連動して回転する。このように使用者が操作可能な場所に整合状態操作部を配設することで、整合状態可変による加熱動作上の使用感を実感することができ使用者が最も好ましい加熱を自分流に行うことができる。
【００２８】
このように自動駆動と手動駆動の両方の操作を備えた構成としたことで一般的な被加熱物は自動駆動とし、特殊な被加熱物は手動駆動とするなどの使用者が使い方を選択できる操作を提供できる。そして自動駆動の操作は、外部から入力する加熱情報に連動して選択されることとし、これにより使用方法に迷うような被加熱物の場合に選択できる操作内容、たとえば被加熱物の形状に対応した入力キーを配置することで利便性の高い装置を提供できる。また手動駆動操作を備えたことで使用者がよく利用する被加熱物に対してその最適な加熱方法を認知していただくことができる。
【００２９】
なお以下の説明では、回転体１４は図１に示す角度を０度とし回転体１４の幅広面が加熱室１０の壁面に平行な状態の時の回転体１４の支持角度を９０度と表記する。
【００３０】
次に上記構成と動作に基づく本発明の装置の作用について図４を用いて説明する。図４は被加熱物を収納した加熱室を高周波発生手段が装着される位置から見た時の負荷インピーダンスをスミスチャート上に表記したものである。また回転体１４の支持角度が０度の場合に開孔部１２のインピーダンスが略零になるように構成した場合を示す。整合状態可変手段の構成寸法例は、開孔部１２形状が幅８０ｍｍ、高さ２０ｍｍ、溝部１３の箱型形状が幅８０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、高さ２０ｍｍ、回転体１４の回転位置は溝部１３終端から２０ｍｍ、回転体１４の形状は幅７８ｍｍ、高さ１８ｍｍ、厚さ５ｍｍ、比誘電率は１２．３（２４５０ＭＨｚ帯）である。
【００３１】
被加熱物は（１）水１５０ｃｃを入れた紙コップ、（２）水２００ｃｃを入れた５００ｃｃビーカーおよび（３）水４００ｃｃを入れた５００ｃｃビーカーをそれぞれ加熱室の中央に配置した場合を示す。また、破線と実線は回転体１４の支持角度がそれぞれ０度と９０度の場合を示す。測定周波数帯は２４４０〜２４７０ＭＨｚである。なお、図中の点線の丸印は高周波出力の最大領域を示す。
【００３２】
図４より、それぞれの被加熱物に対する高周波出力を最大にする回転体１４の支持角度は（１）の場合は支持角度が０度（加熱電力は５３０Ｗ以下同様）、（３）の場合は９０度（５２０Ｗ）、（２）の場合はいずれでも同等（４８０Ｗ）であった。なお、使用した電源の入力電力は９００Ｗである。
【００３３】
このように被加熱物の量や形状に応じて回転体１４の回転角度を変化させることでそれぞれの被加熱物に対する高周波出力を最大にできる。この場合回転体１４は特定の支持角度に停止させて加熱するのが最良である。一方で、加熱の均一化が求められる被加熱物がある。このような被加熱物に対しては、回転体１４を連続的に回転させて加熱の均一化を優先させることとしている。
【００３４】
なお、上記に説明した「お皿」キー２３と「カップ」キー２４に対する回転体１４の駆動制御は「お皿」キー２３の場合は設定した加熱時間の間は常時回転とし、「カップ」キー２４の場合は、設定した加熱時間の後半に自動回転制御とするなどのように自動制御内容を異ならすことで使い勝手を拡大することができる。
【００３５】
また、開孔部１２のインピーダンスの変化範囲は上記説明内容に限定されるものではなく、たとえば回転体１４の支持角度が９０度の場合に開孔部１２のインピーダンスを略零とすることで誘導成分のみの可変範囲としたり、回転体１４の支持角度が略４５度の場合に開孔部１２のインピーダンスを略零とすることで誘導成分と容量成分の両方を含む可変範囲に設定したりすることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載の発明によれば、整合状態可変手段は導波管内に対して約一桁低い電界強度下である加熱室内の高周波に作用させているので、予測外の事態に対しても整合状態可変手段の熱的かつ機械的な破損を回避させることができる。また、高周波との結合が緩やかであるので、すべての操作状態に対して装置を構成する各部品の動作異常や破損を解消できるため装置の使用者が操作可能な場所に整合状態操作部を配設でき、整合状態可変による被加熱物の加熱状態の良否に対する使用実感を提供し利便性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例の高周波加熱装置の主要構成図
【図２】  同高周波加熱装置の外観構成図
【図３】  同高周波加熱装置の主要制御回路図
【図４】  同高周波加熱装置の整合可変状態を示す特性図
【符号の説明】
１０  加熱室
１２  開孔部（整合状態可変手段）
１３  溝部（整合状態可変手段）
１４  回転体（整合状態可変手段）
１５  溝部の他端
１７  駆動手段
１９  回転つまみ（手動駆動手段）
２３、２４  自動駆動用外部入力の加熱情報キー
２５  手動駆動優先キー
３２  角度支持印（手動駆動操作識別手段）
【図１】
0004887567.tif 000002
【図２】
0004887567.tif 000003
【図３】
0004887567.tif 000004
【図４】
0004887567.tif 000005