(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に被加熱物を収容する加熱用筐体部と、前記加熱用筐体の内部にマイクロ波電力を供給するためのマイクロ波電力供給部と、前記加熱用筐体の内部を高圧にするための加圧系統部と、前記加熱用筐体内に前記被加熱物を均一に加熱するための均一化手段をと有し、前記均一化手段は前記加熱用筐体を貫通する支持棒により支持されて前記加熱用筐体の外に配置した駆動装置により回転し、前記駆動装置は前記加熱用筐体内より圧力の高くなる加圧室部内に配置し、前記支持棒が貫通する加熱用筐体の貫通部に凸部またはチョークを設けたことを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項２】
請求項１において、前記加熱用筐体の一部にガス排出部を設け、前記加熱用筐体内のガスを排出させることにより前記加熱用筐体内の圧力を加圧室内の圧力より低くして被加熱物をマイクロ波により加熱することを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項３】
請求項１において、前記被加熱物を前記加熱用筐体の内部に挿入してマイクロ波加熱を行うに際して、マイクロ波加熱中に前記加圧系統部により前記被加熱物の周囲の雰囲気を大気圧より圧力を高くすることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項４】
請求項１において、前記被加熱物を前記加熱用筐体の内部に挿入してマイクロ波加熱を行うに際して、前記加圧系統部により前記被加熱物の周囲の雰囲気を大気圧より圧力を高くし、その後マイクロ波加熱することを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波利用機器であるマグネトロン応用装置に係わり、特に、マグネトロンを用いた加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、マグネトロン応用装置として、電子レンジ等の加熱装置がある。
【０００３】
マグネトロンにより発生されたマイクロ波（高周波）を用いて物を加熱することは、加熱効率が良い。そのため、マグネトロンを使ったマイクロ波加熱装置は、家庭用の電子レンジの他に、産業用としても用いられている。
【０００４】
図１１に、マグネトロンが電子レンジに使用された場合の概念図を示す。同図において、１は電子レンジの加熱用筐体（オーブン）、３０２はドア、３は被加熱物、５はマグネトロン、５aはマグネトロンのアンテナ、８はマグネトロンを動作させるための電源、３０７はファン、３０８はファンにより発生させられた冷却風、６はマグネトロンで発生した高周波電力を加熱用筐体内に導く導波管、４は供給された高周波電力を拡散するためのスターラである。
【０００５】
被加熱物３はドア３０２から加熱用筐体１内にセットされる。
【０００６】
マグネトロン５で発生したマイクロ波はアンテナ５ａから放射され、導波管６を通して被加熱物３のある加熱用筐体１内に供給される。この時マグネトロン５は熱を発するため、冷却風３０８がファン３０７によってマグネトロン５に送られる。加熱用筐体１内に供給されたマイクロ波電力は、被加熱物３が均一に加熱されるようにスターラ４によって拡散される。
【０００７】
また、一般的な熱処理には、熱水中に被加熱物を浸す熱処理方法、熱水を加熱用筐体内にスプレーノズルから噴霧する熱処理方法、被加熱物の入った加熱筐体内を高温の蒸気で満たす加熱処理方法等がある。
【０００８】
さらに、実公昭６０−８７１０号公報、実公昭６０−２１９７５号公報には、高圧に制御した加熱室にマイクロ波を照射する加熱殺菌装置が開示されている。また均一に加熱させる手段であるスターラ等が開示されている。
【０００９】
しかしながら、上記公報の加熱殺菌装置は、被加熱物の温度検出ができないため密閉包装の無い状態で加熱して予め温度と時間の関係を調べておき、その温度データを利用して加圧条件を決める方法（実公昭６０−８７１０）をとるか、密閉容器の温度を測定して加圧条件を決める方法（実公昭６０−２１９７５）などが採用されている。
【００１０】
このようなマイクロ波加熱装置では実際の食品温度に対応する加圧条件に対しては十分な精度の圧力となっているとは言えない。食品の個体差やマイクロ波加熱の出力差、時間的変動、食品の位置変動など多くの変動要因があり、このため、密閉容器の内部、外部の圧力差が生じ、変形のために容器が損傷・破損を生じることもある。
【００１１】
また、特公昭５１−１２１３３号公報、特公昭５３−１１９１８３号公報、実公昭６０−８７１０号公報、実公昭６０−２１９７５号公報は、単に、包装された被加熱物を内部加熱方式により加熱する際におこる容器の破裂を防ぐ為のものであり、加圧と同時に加熱温度を上昇させることについては考慮されていない。さらに均一に加熱させる手段に加わる応力、つまり加圧による摩擦の増大については何等考慮されていない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電子レンジ等のマイクロ波加熱装置は次のような問題点を有している。
【００１３】
加熱用筐体内の被加熱物は、マイクロ波を照射されることにより温度が上昇する。その後１００℃に達すると、被加熱物の水分は蒸発をはじめる。被加熱物は、水分の蒸発による潜熱により照射されたエネルギーが奪われるため、なかなか１００℃を超えて温度上昇しない。
【００１４】
単に、食用に被加熱物を加熱するのみであれば１００℃以上に温度を上昇させる必要はないが、殺菌を目的として被加熱物を加熱する場合には１００℃以上の温度が必要な場合がある。
【００１５】
例えば、レトルトパウチ詰め食品や魚肉ソーセージ等の殺菌には、耐熱菌の殺菌のため１００〜１４０℃の高温殺菌処理が必要である。
【００１６】
高温殺菌処理のために従来のマイクロ波加熱装置を用いれば、被加熱物の温度を十分に上げることができない。
【００１７】
また、大きなマイクロ波電力を加熱用筐体内に注入して、強引に被加熱物の温度を上げた場合には、被加熱物から水分が抜けてしまう、という問題がある。
【００１８】
また加圧によりスターラやターンテーブルなどのマイクロ波加熱を均一化する手段にも加圧による機械的負担がかかり動作が不安定となる問題が発生する。
【００１９】
本発明はこの欠点を改善し被加熱物の高温殺菌を高い信頼性で迅速に行うものである。
【００２０】
さらに、熱水中に被加熱物を浸す熱処理方法、加熱用筐体内に熱水をスプレーノズルから噴霧する熱処理方法、被加熱物の入った加熱筐体内を高温の蒸気で満たす熱処理方法等の熱処理方法がある。このような熱処理方法では、被加熱物の表面から熱が伝わるため表面と内部とに温度差が生じる。また加熱するのに時間がかかる等の問題がある。被加熱物の表面部分は長時間高温にさらされるため、被加熱物が変質することがある。
【００２１】
本発明は、かかる問題点を解決するもので、その目的は、簡単な構成手段により、少ないエネルギーで、短時間に加熱処理できるマグネトロン応用装置を提供することにある。
【００２２】
また、本発明の他の目的は、被加熱物の高温殺菌を高い信頼性で迅速に行うマグネトロン応用装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明によるマイクロ波加熱装置は、内部に被加熱物を収容する加熱用筐体部と、加熱用筐体の内部にマイクロ波電力を供給するためのマイクロ波電力供給部と、加熱用筐体の内部を高圧にするための加圧系統部とを有する。
【００２４】
さらに、被加熱物を入れる加熱用筐体を密閉構造とし、これに加圧装置により大気圧以上の圧力をかけながらマイクロ波加熱を行う構成とする。また、マイクロ波加熱を均一に行うための均一化手段を加熱用筐体内に有すると共にそれを駆動する駆動部分を加熱用筐体とは別な密閉構造とし、加熱用筐体内の圧力よりも幾分か高くなる状態に加圧せしめる。
【００２５】
被加熱物を入れる加熱用筐体を密閉構造とし、これに加圧装置により大気圧以上の圧力をかけながらマイクロ波加熱を行う構成とするとともに、被加熱物の包装の変形を検知するセンサーを設け、被加熱物の雰囲気を加圧する際に、マイクロ波加熱による被加熱物、特に包装部の変形をモニターし、必要以上に包装部が変形しないように加圧圧力を制御する。
【００２６】
前記手段によれば、加熱用筐体内の圧力を高くしてマイクロ波加熱を行うので、被加熱物の水分の蒸発を抑制した状態で、被加熱物をマイクロ波を用いて１００℃より高い温度で熱処理できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態において、内部に被加熱物を収容する加熱用筐体部と、加熱用筐体の内部にマイクロ波電力を供給するためのマイクロ波電力供給部と、加熱用筐体の内部を高圧にするための加圧系統部とを有するマイクロ波加熱装置である。
【００２８】
さらに、上記構成に加え以下の構成を夫々有するマイクロ波加熱装置である。
【００２９】
（１）被加熱物をマイクロ波加熱を行うに際して、マイクロ波加熱中に被加熱物の周囲の雰囲気の圧力を大気圧より高くする。
【００３０】
（２）加熱用筐体の内部に照射されたマイクロ波を分散させる分散手段を有し、分散手段の駆動部は加圧室部に配置され、分散手段を駆動する部分の配置された加圧室部の圧力を大気圧より高する。
【００３１】
（３）加熱用筐体の内部に配設された被加熱物を回転させる回転手段を有し、回転手段の駆動部は加圧室部に配置され、回転手段を駆動する部分の配置された加圧室部の圧力を大気圧より高する。
【００３２】
（４）マイクロ波照射の時間又は強度を変化させる手段を備える。
【００３３】
（５）加熱用筐体の一部に圧力センサと、温度または湿度センサとを有し、大気圧より高い圧力の状態で被加熱物をマイクロ波加熱し、加熱筐体内の湿度が急増する段階でマイクロ波加熱を終了するよう制御する手段を有する。
【００３４】
（６）加熱用筐体の一部に位置センサや形状センサを配置し、被加熱物の位置や形状を監視しながらマイクロ波加熱をおこなう。
【００３５】
（７）マイクロ波手段として複数の加熱筐体を用意し、順次被加熱物を加熱処理する。
【００３６】
（８）マイクロ波加熱に先立ち又はマイクロ波加熱と同時に、高温蒸気や電気ヒータにより被加熱物の周囲を加熱する手段を有する。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００３８】
図１は、本発明に係わるマイクロ波加熱装置の一実施例を示す断面図である。
【００３９】
図１において、１は加熱用筐体、１ａは上部筐体、１ｂは下部筐体、１ｃは上部筐体１ａと下部筐体１ｂの合わせ目、２はトレイ、３は被加熱物、４は供給された高周波電力を拡散するためのスターラ、５はマグネトロン、５aはマグネトロンのアンテナ、6はマグネトロンで発生した高周波電力を加熱用筐体内に導く導波管、７はガス排出部、8はマグネトロンを動作させるための電源、９は誘電体、１０は加圧系統部、１０ａは加圧気体供給用パイプ、１０ｂは穴部、１３は温度センサー、１４は圧力センサー、１５は位置センサー、１６はチョークである。
【００４０】
マグネトロン５で発生したマイクロ波はアンテナ５ａから発射され、導波管６を通して被加熱物３のある加熱用筐体１内に供給される。この時マグネトロン５は熱を発するため、冷却風がファンによってマグネトロン５に送られる。加熱用筐体１内に供給されたマイクロ波電力は、被加熱物３が均一に加熱されるようにスターラ４によって拡散される。
【００４１】
加熱用筐体１は内側が金属の上部筐体１ａと下部筐体１ｂからなり、これらを上下合せた際にその合わせ目１ｃは、マイクロ波の漏洩が規制内に留まるような構造とし、マイクロ波漏洩を防止している。また、図１のマイクロ波加熱装置は、内部を高圧にするため、機密性を良くするように配慮した構造とされている。
【００４２】
電波を反射するため金属板で形成されたスターラ４は、被加熱物を均一に加熱するための第１の均一化手段であり、金属もしくはプラスチックなどの棒体４ａにより支持され、駆動装置であるモータ４ｂにより回転するように構成されている。
【００４３】
ガラスやセラミックからなるトレイ２は被加熱物３を支持するための支持体であり、被加熱物３を均一に加熱するための第２の均一化手段である。またトレイ２はセラミックもしくは金属からなる支持棒２ａにより加熱用筐体１の適当な位置に被加熱物を支持している。さらに支持棒２ａは駆動装置であるモータ２ｂに連結され、モータ２ｂの回転をトレイ２に伝えている。この実施例では、トレイ２を回転させているが、上下又は左右の移動でも良い。被加熱物３を移動させながら加熱する目的は、被加熱物３をむら無く加熱するためであって、むら無く加熱できれば被加熱物３を移動させる必要はない。
【００４４】
マイクロ波電力を発生する電子管マグネトロン５は、アンテナ５ａからマイクロ波電力が放射され、マイクロ波電力は加熱用筐体１に接続された導波管６を介して加熱用筐体１の内部に照射される。
【００４５】
セラミックやテフロンなどから成る誘電体９は、加熱用筐体１の内部空間からアンテナ５ａの配置された導波管を隔離するための壁である。また誘電体９は、加熱用筐体１の内部の蒸気からマグネトロン５のアンテナ５ａを遮断し、腐蝕や汚れ、圧力による変形、破損を防止するように構成されている。誘電体９は、銀ろう等により加熱用筐体に固着され、またはゴム等のオーリングを介して加熱用筐体１に密着している。
【００４６】
マグネトロン５を動作させるには高電圧電源や陰極加熱用の低電圧電源が必要である。電源部８は高電圧ケーブル８ａによりマグネトロンに接続されている。また、マグネトロンの陽極部は高温となりこれを冷却するため、強制的に冷却される。図１では冷却方法を省略してある。
【００４７】
加熱用筐体１は機密性を良くするように配慮した構造なっている。
【００４８】
加熱用筐体の外部には、空気などの気体を送り込み、加熱用筐体内を高圧にするための加圧系統部１０を有する。この加圧気体は加圧気体供給用パイプ１０ａにより加熱用筐体１に設けられた穴部１０ｂから筐体内部に導かれる。図１において、穴部１０ｂは下部筐体１ｂに設けてあるが、上部筐体１ａに設けてもよい。また、穴部１０ｂは、マグネトロンより発射されたマイクロ波を通過させない程度の径をもつ穴である。さらに穴部１０ｂは、加熱用筐体１の容量に合わせて複数個設けてもよく、このように構成することで、マイクロ波を加熱筐体１内から漏洩させることなく、大量の気体を加熱筐体１内に送り込むことができる。
【００４９】
ガス排出部７は、加熱用筐体１内の圧力を高めるために使用された気体を排出するための穴であり、ガス排出制御装置に接続されている。また、ガス排出部７は、マグネトロンより放射されたマイクロ波を通過させない程度の径をもつ穴である。さらにガス排出部７は、複数個設けてもよく、このように構成することで、マイクロ波を加熱筐体１内から漏洩させることなく、大量の気体を加熱筐体１内から排出することができる。
【００５０】
図１に記載のマイクロ波加熱装置では、上部筐体１ａと下部筐体１ｂが分離し、被加熱物３がトレイ２に配設され、上部筐体１ａと下部筐体１ｂを密着し、その後に加圧系統部１０を作動させて高圧空気や高圧窒素などのガス体が加熱用筐体内部に送られ、加熱用筐体内部の圧力が上昇する。
【００５１】
一方、マイクロ波電力はマグネトロン５から導波管６により加熱用筐体内部に送られて被加熱物３に照射されマイクロ波加熱が行われる。上部筐体１ａと下部筐体１ｂとの合せ目１ｃはマイクロ波が漏洩しないように４分の１波長のチョーク１６が設けられている。チョーク１６は外部への漏洩マイクロ波の進行方向、すなわち加熱用筐体を形成する側壁の厚さ方向に対し垂直な方向に設置される。
【００５２】
図１に示したチョーク１６の加熱用筐体を形成する側壁の厚さ方向に対し垂直な方向の幅、つまり図１におけるチョーク１６の高さはマグネトロンから発射されたマイクロ波の４分の１波長である。また、チョーク１６は上部筐体１ａに全周にわたり形成され、マイクロ波の漏洩を防止している。
【００５３】
図１ではチョーク１６を上部筐体１ａに設けたが、下部筐体１ｂに設けてもよい。また、図１では加熱用筐体を上下に分割したが、加熱筐体を左右分割する場合は、チョークの水平方向幅をマイクロ波の４分の１波長にすればよい。さらに、チョーク１６の代わりにガスケットを用いてもよい。
【００５４】
圧力センサ１４は被加熱物の雰囲気の圧力をモニターし、温度センサ１３は放射温度計などから成り、加熱用筐体１に取り付けられ被加熱物の温度又は加熱用筐体内の温度を検出する。なお、温度センサ１３は湿度センサでも良く、必要に応じ温度及び湿度センサの両方を具備してもよい。
【００５５】
温度センサ及び湿度センサ１３，圧力センサ１４，位置センサ１５等の複数のセンサを加熱用筐体１の内部に設置し、計測したデータに基づき、加熱用筐体１内の圧力の調整やマイクロ波電力の調整が可能となる。位置センサ１５は、センサから被加熱物の包装までの距離を検知して圧力条件やマイクロ波出力を制御する。
【００５６】
本実施例によれば、高圧中で加熱するため被加熱物３はその温度が１００℃を越えても内部の水分が蒸発せず、殺菌に必要な温度まで加熱することが可能となる。
【００５７】
例えば水の沸点は、１気圧（ａｔｍ）で１００℃、２気圧で１２１℃、３気圧で１３４℃、４気圧で１４４℃、５気圧で１５２℃、６気圧で１６０℃である。
【００５８】
加熱用筐体内の圧力を制御することにより各気圧下での水の沸点迄の加熱が可能となる。
【００５９】
特に被加熱を殺菌するためには１２０℃以上にしなければならず、２気圧を超えて加圧する必要がある。
【００６０】
例えばボツリヌス菌は１０５℃以上の加熱処理が必要であるため、加熱用筐体内を２気圧にすれば熱処理が可能である。
【００６１】
また例えば芽胞菌は１２０℃以上の熱処理が必要であるため、２気圧あれば熱処理が可能である。しかしながら、２気圧では水の沸点が１２１℃のため、１℃の制御誤差で被加熱物の水分が蒸発してしまう。そのため、好ましくは、加熱用筐体内を２気圧を超えた圧力とするとよい。
【００６２】
殺菌の為の加熱処理の場合は、より好ましくは、加熱用筐体内の圧力を４気圧とすることで１４０℃の加熱がマイクロ波加熱によりできるようになり、確実に殺菌することができる。この場合は時間も短縮できるので被加熱物の変質をより小さくすることができる。
【００６３】
また、密封包装された被加熱物を加熱する場合は、加熱中でも加熱用筐体内の圧力は密封包装内よりも高い。すなわち、密封包装内の気圧より加熱用筐体内の気圧は常に高い。このようにすることで、密封状態のものを破裂させずに、高温で加熱することができる。
【００６４】
マイクロ波を使用するため、被加熱物が直接誘電加熱されるので極めて効率良く、また内部からの発熱があり、迅速な殺菌処理を行うことができる。変質と水分の消失も少なく被加熱物の品位も劣化させないため、特に食品の加熱処理に適している。
【００６５】
なお、マイクロ波電力は、加熱用筐体１内の圧力を上昇させた後、被加熱物に照射する。このような構成とすることで、急速な加熱が可能となり、被加熱物を短い時間で高温にすることができる。
【００６６】
また、マイクロ波電力は、加熱用筐体１内の圧力を上昇させながら、同時に被加熱物に照射してもよい。このような構成では、被加熱物の温度上昇と共に被加熱物の雰囲気の圧力が上昇するため、被加熱物は加熱用筐体内を加圧したことによる圧力により変形しない。このような方法は密封包装した被加熱物に有効であり、被加熱物の変形、破損を防ぐことができる。
【００６７】
次にマグネトロンの動作部を図２を用いて説明する。
【００６８】
図２はマグネトロンの断面構造を示す。陰極フィラメント１０１の回りには、複数の陽極ベイン１０２が放射状に形成されている。この複数の陽極ベイン１０２は、陽極シリンダー１０３とろう付等で固着されているか、あるいは、陽極ベイン１０２は、押出し成型等により、陽極シリンダー１０３と一体に形成されている。
【００６９】
陽極シリンダーの上下には円筒状の永久磁石１０４が設置されている。磁石１０４からの磁束は、磁極１０５を通って、陰極フィラメントと陽極ベイン間に形成される作用空間に対し上下方向に必要な直流磁界を発生させる。ヨーク１０６は、永久磁石の磁束を通すものである。
【００７０】
陰極フィラメントから放出された電子は、直流磁界の影響を受けて円運動しながら、各陽極ベインに、高周波の電位を形成する。
【００７１】
陽極ベイン１０２は、シリンダー１０３の内壁から中心方向に設けられており、中心を通る軸線から見て、放射状に配置される。
【００７２】
この陽極ベイン１０２は、径の異なる２つの環状体からなる第１のストラップリングと、第２のストラップリングによって、１つおきに結ばれている。
【００７３】
図２の陽極ベイン１０２のうちの１枚には、マイクロ波を導くためのアンテナリード１０７が銀ろう付等により付設されている。
【００７４】
ベイン１０２に植設されたアンテナリ−ド１０７は、陽極シリンダ−１０３の一方の開口側に内封された磁極１０５を挿通し、封止金属１４１のほぼ中央を通る。封止金属１４１の端部には、気密封着する円筒状絶縁体１１１があり、円筒状絶縁体１１１の一方の端部に排気管１０９の外周とろう付けされたカップ状の排気管サポ−ト１１２が、ろう付けされている。
【００７５】
排気管１０８は、マグネトロン管内を真空排気したあと、アンテナリ−ド１０７と共に封止切り、アンテナカバ−１１０を排気管サポ−ト１１２に圧入固定して、その先端を保護する。ここで、排気管１０８とアンテナリ−ド１０７を封止切ることによって形成された凹部は、不要輻射を阻止するためのチョ−ク部１０９となっている。
【００７６】
図２のマグネトロンは排気管１０８とアンテナリードとを共に封止切る形状であるが、マイクロ波発振部にドーム状のセラミックを用いたマグネトロンでもよい。
【００７７】
電子を発生させる陰極フィラメント１０１は、一般には酸化トリウム（ＴhＯ２）を微量含むタングステンが用いられる。電子放射特性を向上させるため、陰極フィラメント表面には、炭化層（Ｗ２Ｃ）が形成されている。陰極フィラメント１０１は上側エンドシールド１２１および、下側エンドシールド１２２との高融点ろう材、例えばルテニウム・モリブデン共晶合金等によって係合し、支持されている。
【００７８】
上側エンドシールド１２１および下側エンドシールド１２２は、各々、陰極リード１２３および１２４によって支持されている。これらのエンドシールド、および陰極リードは、耐熱性、加工性の観点から、一般にはＭｏが用いられている。
【００７９】
２本の陰極リードは、入力側セラミック１２５によって支持されている。陰極リード１２３及び１２４は、陰極端子１２６とともに入力側セラミックに真空気密を保つように銀ろう付けされている。
【００８０】
マグネトロンに振動、衝撃等が加わると陰極リード１２３及び１２４が振動し、しかも、その振動の仕方が陰極リード１２３，１２４で異なるために、陰極フィラメント１０１に機械的なストレスを生じさせ、陰極フィラメント１の断線をひきおこすことがある。これを防止するためにスペーサ１２７が用いられる。このスペーサの効果によって、陰極リードが振動しても、その振動による陰極リード１２３と１２４の動きはほとんど同一になるため、陰極フィラメントに加わるストレスを小さくすることができる。スリーブ１２８は、スペーサ１２７を所定の位置に支持するためのものである。
【００８１】
陰極端子１２６はチョークコイル１３１と接続し、チョークコイル１３１は、入力部のケース１３３を取り付ける貫通コンデンサ１３２と接続され、貫通コンデンサは電源と接続する。陰極端子１２６とチョークコイル１３１とは一般には溶接によって接続され、又、チョークコイル１３１と貫通コンデンサ１３２も一般には溶接によって接続される。ここで、チョークコイル１３１と、貫通コンデンサ１３２とは、マグネトロン内部から、電源側を見た場合の、ローパスフィルターを形成する。陰極フィラメントと陽極との間の作用空間に発生したマイクロ波が、陰極フィラメントおよび陰極リードを通して、外部に放射されるのを防止するためである。
【００８２】
各々の陰極リードはチョークコイルと直列に接続され、チョークコイルの他端はコンデンサを介してアースと対向する。
【００８３】
入力部のケース１３３は、蓋体１３４によって密閉され、マイクロ波が外部に放射されるのを防止する。
【００８４】
入力側セラミック１２５は、シール部品１４２を介して、陽極シリンダー１０３と真空気密を保って係合し、出力側セラミック１１１は、シール部品１０４を介して、陽極シリンダー１０３と、真空気密を保って係合している。
【００８５】
ヨーク１４４は、金属ガスケット１４３を介して、シール部品１４１と電気的に接続され、シール部品１４１は、陽極シリンダーと同電位となっており、したがって、ヨーク１４４は、陽極シリンダーと同電位となっている。
【００８６】
ヨーク１４４とヨーク１０６は、一般にはかしめによって接続されている。
【００８７】
マグネトロンの陽極は、陰極フィラメント１０１からの熱輻射、電子が陽極ベイン１０２に衝突することによる発熱等により、高温になる。陽極が高温になると、磁石の磁気特性を変化させたり、マグネトロンの周辺機器に悪影響を及ぼす等の弊害を生ずる。冷却フィン１４５は、この問題を対策するために設けられている。一般には、マグネトロン動作時は、電子レンジ等に設置されたファンによって、冷却フィンに冷却風が送られる。図２には空冷の実施例を記載したが、冷却フィン１４５にかえて、中に液が通った管を陽極シリンダーに接触させ、液を循環させて冷却させる液冷式としてもよい。
【００８８】
図３に、マグネトロンを駆動する駆動回路の例を示す。
【００８９】
同図において、２３１がマグネトロンである。スイッチング電源装置に直流電力を供給する直流電源は、商用交流電源２０３と、全波整流器から構成されている。
【００９０】
整流器の直流出力端子には、リアクタとキャパシタで構成されたフィルタが接続されているが、このフィルタは、整流電流を平滑するためでなく、発振電流に含まれる高周波雑音が、交流電源側を通して洩れるのを防ぎ、これによって妨害波の発生を避けるためである。
【００９１】
スイッチング装置は、トランジスタ２１１を備え、オン信号発生回路、駆動回路によって、オン−オフ動作を繰り返す。スイッチング装置は、トランジスタ２１１に逆並列に接続されたダンパダイオード２１５および並列に接続された共振用キャパシタ２１３を備えている。
【００９２】
電源装置は一次巻線２１９と、三つの二次巻線２２１，２２３，２２５を持つ昇圧トランスを有している。一次巻線２１９は、スイッチング装置を介してフィルタと接続され、直列共振回路がキャパシタ２１３と一次巻線２１９によって構成される。
【００９３】
二次巻線２２１は、キャパシタと高圧ダイオードよりなる倍電圧整流器を通してマグネトロン２３１に接続される。電流検出機２３３はマグネトロン２３１を流れる負荷電流を検出するために用いられている。
【００９４】
二次巻線２２５は、マグネトロン２３１の陰極を加熱するために設けられ、さらに他の二次巻線２２３は、出力のフィ−ドバック用の電圧を作るためのものである。また、二次巻線２２４は、整流して、制御回路などへの電源として用いられる。
【００９５】
図４は本発明の他の実施例を示す断面図である。図１と同じ部位には同じ番号を付してある。
【００９６】
トレイ２を支えて回転させる支持棒２ａとモータ２ｂの外側には金属もしくはプラスチックからなるカバー１１が配設されている。カバー１１内部は下部加圧室を形成し、下部加圧室は加熱用筐体１の内部と同等の圧力が加えられても耐え得るようにしてある。
【００９７】
また、スターラ４を支持し回転させる棒体４ａとモータ４ｂの外側には金属もしくはプラスチックからなるカバー１２が配設され、カバー１２の内部は上部加圧室を形成し、上部加圧室は加熱用筐体１の内部と同等の圧力が加えられても耐え得る。
【００９８】
また図４は加熱用筐体１に被加熱物３の温度を検出するための温度センサー１３、被加熱物３の雰囲気圧力を検出するための圧力センサー１４が設けられていると共に、加熱用筐体１の内部の加圧ガス体を排出制御するためのガス排出制御装置に繋がるガス排出部７が設けられている。
【００９９】
加圧系統部１０からの加圧気体は、一旦、筐体１０ｃに導かれる。その後、筐体１０ｃに接続された３本の加圧気体供給用パイプ１０ａにより下部筐体１ｂ、上部加圧室、下部加圧室に導かれる。この加圧気体により加熱用筐体１の内部を加圧すると同時に上部加圧室、下部加圧室をも加圧する。
【０１００】
被加熱物３を入れる加熱用筐体１を密閉構造とし、これに加圧装置により大気圧以上の圧力をかけながらマイクロ波加熱を行う。また、マイクロ波加熱を均一に行うための均一化手段を加熱用筐体内に有すると共に、それを駆動する駆動部分を加熱用筐体とは別な密閉構造である加圧室部とし、加熱用筐体内の圧力よりも幾分か高くなる状態に加圧することにより、加熱用筐体内の気圧が下がることを防止している。
【０１０１】
駆動装置のある加圧室の圧力を加熱用筐体の圧力より高くするためには、ガス排出部７から加熱筐体内のガスを抜きつつ加熱すればよい。
【０１０２】
加熱用筐体内のガス適当量を排出せしめながら運転することにより前記加熱用筐体内の圧力を加圧室の圧力よりわずかに低くできる。
【０１０３】
加熱用筐体１の内部の加圧ガス体はガス排出部７から適当な量が排出されているため、加熱用筐体１の内部の圧力は上下の加圧室１１、１２内の圧力よりわずかながら低下する。このため、被加熱物から発生する水蒸気はガス排出部７より排出され、上下加圧室内はより圧力が高く保たれる関係で水蒸気分が上下加圧室内のモータなどマイクロ波加熱均一化手段の駆動部に浸入することがない。この結果、モーターの電気的絶縁の劣化や腐食の発生などが抑制され、動作信頼性向上やより長期間の運転が可能となる。
【０１０４】
加圧系統部１０と加熱用筐体１，上部加圧室，下部加圧室とを繋ぐ穴部は、マグネトロンより発射されたマイクロ波を通過させない程度の径をもつ穴である。さらに穴部は、複数個設けてもよく、このように構成することで、マイクロ波を加熱筐体１内から漏洩させることなく、大量の気体を加熱筐体１内，上部加圧室内，下部加圧室内に送り込むことができる。
【０１０５】
このため、加熱用筐体１を貫通する支持棒２ａや棒体４ａの貫通部からガス体が漏洩することがなく、加熱筐体内の圧力を一定に保つことができ、また加熱筐体内の圧力の低下を防止することができる。
【０１０６】
図４のマイクロ波加熱装置にいおいては、加熱用筐体１の支持棒２ａ貫通部に特別な気密対策を施す必要が無い。また、この貫通部からのガス体の流失が少なくなるように構造面の工夫の必要が無い。
【０１０７】
また、加熱用筐体１内の加圧により回転のためのトルクが大きくなる。図４のマイクロ波加熱装置によれば、モータ又は回転部の負担を軽減できる。
【０１０８】
この現象は４のスターラについても同様であり、図４のマイクロ波加熱装置によれば、加圧による摩擦の増大や位置の移動により棒体４ａとモータ４ｂによるスターラの回転部の問題を軽減できる。すなわち、圧力で摩擦が増えて短寿命となる問題の発生も極めて少なくなる。
【０１０９】
図５は本発明のさらに他の実施例を示す断面図である。図４と同じ部位には同じ番号を付してある。
【０１１０】
図５において、１０ｄは上部加圧室および下部加圧室と加熱筐体とを貫通する貫通穴である。貫通穴１０ｄは、加圧気体が加熱用筐体１から上部加圧室および下部加圧室に抜けるように形成されている。このため加圧気体供給用パイプを簡略化することができる。
【０１１１】
上部加圧室および下部加圧室と加熱筐体とを貫通する貫通穴は、マグネトロンより発射されたマイクロ波を通過させない程度の径をもつ穴である。さらに貫通穴は、複数個設けてもよく、このように構成することで、マイクロ波を加熱筐体１内から漏洩させることなく、大量の気体を穴部１０ｂを通じて加熱筐体１内に送り込むことができる。
【０１１２】
図５のマイクロ波加熱装置においては、加熱用筐体１を貫通している支持棒２ａを加熱用筐体１と同じ気圧内に配置している。そのため加熱用筐体１の支持棒２ａの貫通部に特別な気密対策を施す必要が無い。また、この貫通部からのガス体の流失が少なくなるように構造面の工夫の必要が無い。
【０１１３】
本発明の加熱装置において、必要にして十分な加熱がされているかどうかは、加熱用筐体内部の気体圧力が殺菌に必要な温度に達するための圧力で、水分の沸騰点を越えている状態であり、温度が殺菌に必要な値になっているかどうかである。この条件を確保するため、図１、図４、図５のマイクロ波加熱装置には加熱筐体１の壁部に圧力センサ、温度センサが取り付けられている。
【０１１４】
圧力センサの出力により加圧系統部１０は制御されるとともにマグネトロン５およびその電源部８は温度センサの出力と圧力センサの出力の両方を考慮した動作制御を受ける。つまりある設定圧力で所定の温度が一定時間に亘って得られるように制御されるのである。
【０１１５】
また、ある温度に達したら加熱を終了する方法として、湿度センサーを加熱用筐体１の壁部に設け、加熱用筐体１の内部がある設定圧力値となっていて湿度センサの出力が急増した場合には設定温度に達したと判断してマイクロ波加熱を中止する方法も有効である。なお、本発明の装置は加圧気体中のマイクロ波加熱であり、図示していないが安全のため安全弁などの処置がとられる。
【０１１６】
図６は本発明のさらに他の実施例であり、図１と同じ部位には同じ番号を付してある。マイクロ波で効率よく加熱するため、省エネルギーの特徴を持ったマイクロ波加熱殺菌装置となるが、レトルト食品など密封包装された食品を対象とする場合には、食品温度を直接測定出来ないために、温度に対応した加圧を行う事が一般には困難となる。
【０１１７】
しかしながら本発明によれば、レトルト食品など密封包装された食品内と外部の圧力差が生じると容器が変形しようとするが、位置センサ１５が容器の位置をモニターしており、変形しようとすると圧力もしくはマイクロ波出力を制御して変形をある範囲内に留めるように働く。
【０１１８】
このため、内部の食品の温度に適したコントロールが常に行われるので、包装の損傷や破裂を防止でき、殺菌に対しても十分な温度へのマイクロ波加熱ができるものである。
【０１１９】
例えば図９に示すように、被加熱物３の内圧と外圧の差が出ると包装の上部カバー３ａは点線のように凸または凹に変形するが、位置センサ１５で上部カバー３ａの位置を検知して、その出力により制御をかける。
【０１２０】
包装内の食品温度が不明でも内圧が食品温度に対応して変わることから、圧力センサ１４の値により実質的に食品温度を知ることができる。
【０１２１】
また位置センサ１５は画像センサーを利用することで、被加熱物３が薄いプラスチック袋に入った状態でも、その全体外形変化を検知して制御を行うことができる。このような位置センサ１５はより変形しやすい食品の加熱に適している。
【０１２２】
位置センサ１５により、容器の変形具合を検知して雰囲気圧力やマイクロ波出力を制御するため、容器の変形を抑制することが可能となり、容器の損傷や破裂を防止することができる。
【０１２３】
図７はトレイ２の支持棒２ａまたはスターラ４を支持する棒体４ａの貫通部におけるマイクロ波の漏洩を防止するための構造を説明する要部断面図である。
【０１２４】
支持棒２ａまたは棒体４ａが金属により形成される場合は、その部分からマイクロ波が漏洩する可能性がある。
【０１２５】
加熱筐体１の支持棒２ａまたは棒体４ａの貫通部には凸部１７を設けてある。
【０１２６】
図７の構成によれば支持棒２ａまたは棒体４ａが金属の場合、支持棒２ａまたは棒体４ａと凸部１７によりコンデンサが形成され、マイクロ波がモータ２ｂまたはモータ４ｂのある空間に漏洩することを防止できる。
【０１２７】
また、支持棒２ａまたは棒体４ａが金属の場合は、その貫通穴部と凸部の内径と電波電搬を減衰させる寸法とし、寸法Ｈを十分大きくすれば、この空間からの電波漏洩を防ぐことができる。
【０１２８】
図８はトレイ２の支持棒２ａまたはスターラ４を支持する棒体４ａの貫通部におけるマイクロ波の漏洩を防止するための構造を説明する他の構成の要部断面図である。図７と同じ部位には同じ符号を付けてある。
【０１２９】
加熱筐体１の支持棒２ａまたは棒体４ａの貫通部にはチョーク１８を設けてある。チョーク１８の水平方向幅はマイクロ波の４分の１波長である。
【０１３０】
図８の構成によればチョーク１８により、マイクロ波がモータ２ｂまたはモータ４ｂのある空間に漏洩することを防止できる。
【０１３１】
図９は本発明のさらに他の実施例を示す図である。図６と同じ部分には同じ番号をつけてある。
【０１３２】
マイクロ波加熱において均一加熱を行うためにスターラ４の形状を図６とは異なる形状とし、加熱用筐体１内のマイクロ波加熱の温度パターンを変えたものである。図９のマイクロ波加熱装置は、周辺で高温となる温度パターンとなるようにしてある。すなわち、通常ターンテーブルの中心軸上に位置する部分の被加熱物の温度が高くなるが、図９では中心軸上より外側で高温となるようにしてある。具体的には、スターラを角型の形状としてある。もちろんスターラ４の位置やターンテーブルの位置、マグネトロンの放射位置をかえてもよい。
【０１３３】
被加熱物の周辺を加熱する図９のマイクロ波加熱装置と、被加熱物の中心部を加熱するマイクロ波加熱装置の２種類のマイクロ波加熱装置を用い、被加熱物を順次加熱処理することで、確実に加熱処理むらの無い熱処理が可能となる。
【０１３４】
また、周辺部と中心部を２回に分けて加熱するため、無理に全体を加熱しなくてよい。つまり、加熱むらがあるからといって必要以上加熱する必要がない。
【０１３５】
このように異なったマイクロ波加熱装置を複数用いることにより、容易に加熱処理することができる。
【０１３６】
図１０はさらに他の実施例を示す図である。図６と同じ部分には同じ番号をつけてある。同図中１９はシーズヒータ等のヒータであり、加熱筐体１の側壁に支持部材１９ａにより取付けられている。
【０１３７】
マイクロ波加熱では内部から発熱するがその表面部は肉厚の包装容器３ｂに覆われている。発生した熱が容器３ｂに奪われて被加熱物３の表面温度が低下することを防ぐため、容器周辺をヒータ１９により加熱する。
【０１３８】
図１０のヒータ１９は電気的に加熱するものであるが、高温の蒸気でもよい。
【０１３９】
ヒータの加熱のタイミングはマイクロ波加熱と同時でもよく、あるいは、容器の熱容量が大きい場合は、マイクロ波加熱に先立ってヒータにより加熱するとよい。もしくは、マイクロ波加熱装置に挿入する前に容器を加熱してもよい。
【０１４０】
なお、図９、図１０は、被加熱物３の入った容器の上部３ａの形状の変化を位置センサ１５により測定し、測定結果を基にマイクロ波出力または加熱用筐体内の気圧を制御している。上部３ａの点線部は容器の変形を示している。
【０１４１】
以上、殺菌を目的としたマイクロ波加熱装置につて述べたが、殺菌に限られるものではなく、１００℃を超える加熱処理の必要な物に適用できることは言うまでもない。
【０１４２】
【発明の効果】
本発明によれば、食品などの被加熱物を収納した場所の雰囲気を加圧した状態でマイクロ波により加熱するため、１００℃を越えても水分の蒸発が少なく、また蒸発熱で大きくエネルギーを失うこと無しに１００℃以上の温度まで加熱することができる。レトルト食品の様な包装済みの食品においては食品温度検出が困難となるにも拘らず、温度に適した外部圧力に調整することができるもので、食品や包装の変形・損傷なしに殺菌に必要な温度までマイクロ波加熱を迅速に行う事ができるマイクロ波加熱装置を提供できる。
【０１４３】
また本発明によれば、マイクロ波加熱により被加熱物の蒸発熱で大きくエネルギーを失うことなしに１００℃以上の温度まで加熱することができるため、信頼性の良好なマイクロ波加熱装置を提供できる。
【０１４４】
また本発明によれば、圧力の調整と合せてマイクロ波加熱時間や出力を設定することにより殺菌に必要な温度までマイクロ波加熱を迅速に行う事ができるため、被加熱物の高温殺菌を高い信頼性で迅速に行うことができる。
【０１４５】
食品を高速で殺菌できるため食品の変質がなく、食品の商品価値を損ねることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロ波加熱装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明に関わるマグネトロンの断面図である。
【図３】本発明に関わるマイクロ波加熱装置のマグネトロンを駆動する電源回路図である。
【図４】本発明のマイクロ波加熱装置の他の実施例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例を示すマイクロ波加熱装置の断面図である。
【図６】本発明のマイクロ波加熱装置の他の実施例を示す断面図である。
【図７】本発明のマイクロ波加熱装置の他の実施例を示す要部断面図である。
【図８】本発明のマイクロ波加熱装置の他の実施例を示す要部断面図である。
【図９】本発明のマイクロ波加熱装置の他の実施例を示す断面図である。
【図１０】本発明のマイクロ波加熱装置の他の実施例を示す断面図である。
【図１１】従来のマイクロ波加熱装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１                加熱用筐体
２                トレイ
３                被加熱物
４                スターラ
５                電子管マグネトロン
６                導波管
７                ガス排出部
１０              加圧系統部
１１，１２        カバー
１３              温度センサ
１４              圧力センサ
１５              位置センサ
【図１】
0003817382.tif 000002
【図２】
0003817382.tif 000003
【図３】
0003817382.tif 000004
【図４】
0003817382.tif 000005
【図５】
0003817382.tif 000006
【図６】
0003817382.tif 000007
【図７】
0003817382.tif 000008
【図８】
0003817382.tif 000009
【図９】
0003817382.tif 000010
【図１０】
0003817382.tif 000011
【図１１】
0003817382.tif 000012