JPH06302381A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は高周波加熱装置に関するもので、食
品などの被加熱物の加熱分布を均一にするとともに、効
率的な加熱を行うことを目的とする。 【構成】 マグネトロン１からの電磁波を加熱室３に導
入するために、加熱室３と導波管２の接続部に第一の開
口部５と第二の開口部６を設ける。そして金属板７は制
御部８による駆動部９の制御に基づき開口部５、６の遮
蔽・開放を行なう構成とした。この構成によって食品４
は開口部５、６ごとの固有の電界分布を切り替えて加熱
されるため、均一な加熱分布と効率的な加熱が実現でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は食品などの被加熱物に電
磁波を与えて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】代表的な高周波加熱装置である電子レン
ジは、従来は図６に示すような構成であった。すなわち
電磁波放射部としてのマグネトロン１から出た電磁波
は、導波管２を介して伝送され、加熱室３内では加熱室
３の形状と開口部17の位置で決まる定在波となって分布
し、食品４を加熱する。食品４の加熱分布は電磁波によ
って生じる電界の分布によって決まるため、加熱分布の
むらを抑えるために、食品を乗せる置き台のターンテー
ブル９を回転運動させて同心円上の加熱分布の均一化を
図っている。また、他の均一化の手段として加熱室３内
で金属板により電磁波を攪拌するスタラーや、導波管の
出口自体の金属部を回転させる回転導波管と呼ばれるも
のもあったが、ターンテーブルタイプのものが最も多く
世に出ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、ターンテーブルタイプのものは電磁波の給
電点（電磁波が加熱室に入るところ）が動かないので加
熱室内の電磁波によって生じる電界分布が常に一定であ
り、食品の加熱分布においてもターンテーブルを回転さ
せたとしても回転中心から見た半径方向の分布や上下方
向の分布は改善されず、加熱終了時のできばえとして熱
すぎるところやまだ冷たいところなど不均一さが残ると
いう課題を有していた。

【０００４】またスタラーの電磁波の攪拌や回転導波管
の給電点の移動のように、電磁波によって生じる電界分
布を刻々と変化させるものについては、加熱室内に定在
波が立ちにくく、加熱室３とマグネトロン１とのマッチ
ング状態が悪くなり電磁波の一部がマグネトロン１に戻
されて熱に変わってしまうので、効率が落ちる課題を有
していた。効率が落ちると加熱時間が長くなり使用者の
待ち時間が長くなる問題や電力の無駄、マグネトロン１
の熱ストレスが増えることで信頼性が落ちるなど種々の
問題を引き起こす。

【０００５】本発明は上記課題を解決するもので、加熱
終了時のできばえが均一で効率的に素早く加熱できる高
周波加熱装置を実現することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の高周波加熱装置
は上記目的を達成するため、下記構成とした。

【０００７】被加熱物を出し入れする加熱室と、電磁波
を放射する電磁波放射部と、前記電磁波放射部から放射
される電磁波を前記加熱室内に導く導波管と、前記加熱
室と前記導波管との接続部に設けられた開口部と、前記
開口部を遮蔽したり開放したりできる金属板と、前記金
属板を動かす駆動部と、前記金属板を動作させるため前
記駆動部を制御する制御部とを有する構成とした。

【０００８】また、前記開口部は複数有るものとし、前
記金属板は、前記開口部のうち一つの開口部を開放する
ときは他の開口部を遮蔽するよう動作する構成とした。

【０００９】また、前記導波管内の電磁波の波長をλg
とした時、前記導波管上での前記開口部間の距離は、約
λg ／２の整数倍となる構成とした。

【００１０】また、前記食品の状態を検出するセンシン
グ手段を有し、前記制御部は前記センシング手段からの
信号に応じて前記駆動部を制御し前記金属板を動作させ
る構成とした。

【００１１】

【作用】本発明は上記構成によって下記の作用を有す
る。

【００１２】制御部からの制御信号に基づき駆動部が金
属板を動作させて、開口部の一部分を遮蔽したり開放し
たりすることにより、加熱室内の給電点が変わり（すな
わち開口部のうち開放された部分だけとなり）、各給電
点固有の電界分布に切り替わるため、被加熱物の加熱分
布が一定でなく変化する作用を有する。

【００１３】また、制御部からの制御信号に基づき駆動
部が金属を動作させて、複数の開口部の一つを開口し他
の開口部を遮断し、かつ、開口される開口部が変わるよ
うにする。これにより、それぞれの開口部が開口するご
とに、それぞれの開口部によるそれぞれの定在波が立ち
それに応じた電界分布を与えることができるので効率よ
く食品を加熱することができる。

【００１４】また、開口部間の距離をλg／２の整数倍
としているので、いづれの開口部を開口しても電界の強
い定在波を立てることができる。

【００１５】さらに、センシング手段からの信号によ
り、制御部が金属板の動作を制御するので、調理の出来
具合いによって開口部の開口を選択することができる。

【００１６】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

【００１７】図１は、本発明の一実施例における高周波
加熱装置の構成図である。電磁波放射部としてのマグネ
トロン１から出た電磁波は、導波管２を介して加熱室３
内の食品４を加熱する。このとき、導波管２と加熱室３
との接続部には第一の開口部５と第二の開口部６とがあ
り、金属板７の動作により使い分けている。図１の場合
は、第一の開口部５からは金属板７により遮蔽されて電
磁波が加熱室３内に入らず、第二の開口部６からは金属
板７から開放されて電磁波が加熱室３内に入る。金属板
７の動作は制御部８からの信号により駆動部９を介して
行われ、図１では金属板７は左右方向に動作する。二つ
の開口部５、６の切り替えのタイミングについては、単
純に一定時間ごとに交互に切り替えても良いのだが、よ
り食品４の状態ごとに最適な加熱を行なうため、食品４
の状態をセンシングしてフィードバック制御を行うこと
が考えられる。ここでは、食品４をターンテーブル９に
乗せて重量センサ10により食品４の重量を判別し、それ
に応じて切り替えることとする。もちろん、重量センサ
10以外にも、形状認識センサや位置センサや電磁波検出
などさまざまなセンシング方法を利用することが考えら
れる。制御部８は、食品４の重量を検出したり、重量に
応じて最適なタイミングで金属板７を動作させるため駆
動部９を制御したり、マグネトロン１からの電磁波の放
射を制御したり、より一層の分布の均一化のためターン
テーブル９を回転させるべく食品回転駆動部11の動作を
制御している。

【００１８】またここでは図示していないが、従来の電
子レンジによくあるように、実際は二つの開口部５、６
を高周波損失の少ない樹脂カバーで覆うことが考えられ
る。さらに具体的な構成について補足すれば、マグネト
ロン１、第一の開口部５、第二の開口部６のそれぞれの
位置関係は、導波管２内の電磁波の波長（管内波長）を
λg として表すと、λg ／２のおおよそ整数倍の距離だ
け離れている。これは、マグネトロン１の先端から出た
電磁波が導波管２内を伝搬するときに、導波管２の形状
で決まる管内波長λg で強弱を繰り返しながら図１の左
方向に進むため、λg ／２の整数倍の位置で必ず電界が
強くなるためである。

【００１９】すなわち、図１の構成では二つの開口部が
それぞれ強電界の位置となり、電界結合で加熱室３と接
続されているため効率よく加熱室３内に電磁波が入るの
である。ここで管内波長λg の定義は、図１に合わせて
説明すると、導波管２の奥行方向の幅をａ、上下方向の
高さをｂ、奥行方向の電界の強弱の山の数をｍ、高さ方
向の電界の強弱の山の数をｎ、真空での電磁波の波長を
λとすれば、（数１）となる。一般にｍ＝１、ｎ＝０が
多く採用され、このときは（数２）となる。具体的な値
としてａ＝８０mm、ｂ＝４０mmならλg ＝１８８mm程度
である。

【００２０】

【数１】

【００２１】

【数２】

【００２２】次に図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実
施例における要部構成図であり、図１のＡ−Ａ’から上
（導波管側）を見た図である。ここで金属板７は穴12を
有し、図２（ａ）は第一の開口部５が金属板７により遮
蔽され、第二の開口部６が開放された場合を示してい
る。一方、図２（ｂ）は第二の開口部６が金属板７によ
り遮蔽され、第一の開口部５が穴12と重なり開放された
場合を示している。また図１では一つの金属板７で二つ
の開口部５、６を遮蔽・開放できるようにしたが、もち
ろん金属板を各開口部ごとに独立して設けてもよい。

【００２３】図３（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例に
おける高周波加熱装置のモードを示す図である。図３
（ａ）は第一の開口部５から加熱室内に電磁波を入れた
例であり、破線内で電磁波によって生じた電界が強いと
すれば、横方向に電界の山が三つ、上下方向に電界の山
が一つと考えられる。それに対して、図３（ｂ）は第二
の開口部６から加熱室内に電磁波を入れた例であり、横
方向に電界の山が二つ、上下方向に電界の山が二つと考
えられる。電界分布の違いは食品の加熱分布の違いをも
たらすため、図３（ａ）、（ｂ）を使い分けることによ
り分布の均一化が図れることが推定できる。一般に食品
４がない場合は、加熱室３の形状により各方向に立つ電
界の山（モード）の数は計算でき、同じ加熱室３で給電
点（本発明のような電界結合の場合は開口部に一致）の
位置を選ぶことによって複数のモードを立てることが可
能である。また食品が入った場合も食品の誘電率による
波長圧縮の影響などで多少のずれが生じるが、おおよそ
推定できる。よって加熱室３形状と複数の開口部の切り
替えによる給電点の選び方次第で分布の均一化が実現で
きる。ただし、第一の開口部、第二の開口部を同時に開
放すると、両者の平均的なモードあるいはどちらかに片
寄ったようなモードになり安定してしまうので、均一化
が図れない。あくまで切り替えることが必要である。参
考までに、食品４がなくて直方体の加熱室の場合は、加
熱室寸法をｘ、ｙ、ｚとし、各方向に立つモードの数は
（数３）を満たすｍ、ｎ、ｐの組合せとなる（ｘ、ｙ、
ｚはmm単位、ｍ、ｎ、ｐは整数）。

【００２４】

【数３】

【００２５】図４は、本発明の一実施例の重量センサ10
による開口部５、６の切り替えのタイミングを示す特性
図である。横軸を食品４の重量、縦軸を時間とし、全加
熱時間をｌｔとしたときに第一の開口部５が開放されて
いるのべ時間 をｌ１としている。よって第二の開口部
６が開放されている時間 はｌｔ−ｌ１である。開口部
５、６の開放時間の割合は１：１でも良いが、例えば図
４のように、食品４の重量範囲（ｍ１未満、ｍ１以上ｍ
２未、ｍ２以上）で特性を変えるなどの方法により最適
化を図るべきである。また図４のように開口部５、６を
前半と後半の二段階で切り替える方法だけでなく、何度
か交互に切り替えていく方法も考えられる。

【００２６】図５は本発明の他の実施例における高周波
加熱装置の構成図である。導波管２自体が途中で分かれ
ており、第一の開口部５は加熱室３天面上にあり、第二
の開口部６は加熱室３側面上にある。よってそれぞれに
金属板13、14と駆動部15、16があり、それぞれを制御部
８が制御している。

【００２７】なお、ここでは開口部が二つある場合につ
いてのみ説明したが、もちろん開口部が一つしか無くそ
の一部を金属板で覆う方法もあるし、開口部が三つ以上
の構成も考えられる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の高周波加熱
装置には以下の効果がある。

【００２９】開口部の一部分を金属板で遮蔽したり開放
したり切り替えて加熱室内に電磁波を入れるので各給電
点の電磁波によって生じる電界分布を複数に与えること
ができて、それぞれの電界分布の組合せで食品の仕上が
り状態をより均一にすることができる。よって使用者に
対して出来映えに満足感を与えられる。

【００３０】同様にそれぞれの開口部が切り替わるごと
に定在波を立てて電界分布を与えることが容易であり、
効率よく食品を加熱できるため、加熱時間の短縮ができ
る。よって使用者にとっても待ち時間が減り使い勝手が
よく便利である。

【００３１】また同様に、効率が良いので電磁波放射部
への電磁波の反射が減り温度上昇を抑えることができる
ため、安全性や耐久性が向上する効果がある。

【００３２】さらに同じ理由で省エネルギー化が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における高周波加熱装置の構
成図

【図２】（ａ）同高周波加熱装置の要部構成図 （ｂ）同高周波加熱装置の要部構成図

【図３】（ａ）同高周波加熱装置のモードを示す図 （ｂ）同高周波加熱装置のモードを示す図

【図４】本発明の一実施例の特性図

【図５】本発明の他の実施例における高周波加熱装置の
構成図

【図６】従来の高周波加熱装置の構成図

【符号の説明】

１ マグネトロン（電磁波放射部） ２ 導波管 ３ 加熱室 ４ 食品（被加熱物） ５ 第一の開口部 ６ 第二の開口部 ７ 金属板 ８ 制御部 ９ 駆動部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加熱物を出し入れする加熱室と、電磁波
   を放射する電磁波放射部と、前記電磁波放射部から放射
   される電磁波を前記加熱室内に導く導波管と、前記加熱
   室と前記導波管との接続部に設けられた開口部と、前記
   開口部のうち少なくとも一部分を遮蔽したり開放したり
   できる金属板と、前記金属板を動かす駆動部と、前記金
   属板を動作させるため前記駆動部を制御する制御部とを
   有する構成とした高周波加熱装置。
2. 【請求項２】前記開口部は複数有るものとし、前記金属
   板は、前記開口部のうち一つの開口部を開放するときは
   他の開口部を遮蔽するよう動作する構成とした請求項１
   記載の高周波加熱装置。
3. 【請求項３】前記導波管内の電磁波の波長をλg とした
   時、前記導波管上での前記開口部間の距離は、約λg ／
   ２の整数倍となる構成とした請求項２記載の高周波加熱
   装置。
4. 【請求項４】前記食品の状態を検出するセンシング手段
   を有し、前記制御部は前記センシング手段からの信号に
   応じて前記駆動部を制御し前記金属板を動作させる構成
   とした請求項１ないし３記載の高周波加熱装置。