JPH07282971A

JPH07282971A - 高周波加熱装置

Info

Publication number: JPH07282971A
Application number: JP6069498A
Authority: JP
Inventors: Koji Yoshino; 浩二吉野; Takashi Kashimoto; 隆柏本; Akira Awane; 明阿波根
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-04-07
Filing date: 1994-04-07
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は高周波加熱装置に関するもので、効
率的に食品５を加熱し加熱分布を均一にすることを目的
とする。【構成】マグネトロン１からの電磁波を導波管２によ
り開口部６、７を介して加熱室３内に導き食品５を加熱
するもので、開口遮蔽部８の動作で開口部６、７を開放
・遮蔽することにより見かけ上給電点を移動させて電界
を動かし、加熱の効率化と均一化を行う。

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を
加熱する高周波加熱装置の給電（加熱室への電磁波の入
れ方）構成に関し、特に加熱分布の均一化および加熱効
率向上を図った構成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２４〜図２６に示すような構成であっ
た。

【０００３】図２４の電子レンジはターンテーブルを用
いた一般的な構成である。ここでは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形状と開口部５２の
位置で決まる定在波となって分布し、食品５は定在波の
電界成分と食品５の誘電損失に応じて発熱する。食品の
単位体積当たり吸収される電力Ｐ［Ｗ／ｍ³］は、加え
られる電界の強さＥ［Ｖ／ｍ］、周波数ｆ［Ｈｚ］、お
よび食品の比誘電率ε_r、誘電正接tanδにより（数１）
として表される。食品５の加熱分布は電磁波の定在波分
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１５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。

【０００４】

【数１】

【０００５】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波を攪拌するスタラー方式や、導波
管２の出口自体の金属部を大きく回転させる回転導波管
方式と呼ばれるものもあったが、ターンテーブルタイプ
のものが最も多く商品化されている。

【０００６】図２５は二つの開口部５３、５４を加熱室
３の側面に設けたタイプであるが、加熱分布は図２４の
電子レンジとあまり変わらない。

【０００７】図２６は加熱効率をあげるために、モータ
５６により導波管２内で金属片５５を動かし、食品に応
じて整合状態（反射が少なく、電磁波がよく食品にはい
る状態）を切り替えるものである。

【０００８】図２７は、平らな食品の代表である皿４上
のしゅうまい４７を上から見た平面図を示す。これを図
２４の電子レンジで加熱すると、図２８の特性が得られ
る。図２８の横軸は加熱終了時からの放置時間で、縦軸
は温度である。しゅうまい４７の中央部４８（斜線のあ
る部分）の４ケのしゅうまいの平均温度をｄ、しゅうま
い４７の周囲部４９（斜線の無い部分）の１２ケのしゅ
うまいの平均温度をｅとしており、周囲部４９の方が中
央部４８より熱くなることを示している。これは従来の
電子レンジでは、しゅうまいのような平らな食品が縁ば
かり加熱されて中央が加熱されにくいという特徴を示す
ものである。

【０００９】

【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、導波管と加熱室を接続して電磁波を加熱室
内に入れる場合、接続部（開口部）の位置を適切な位置
に選ばないと、狙った電界分布にならず、加熱分布も全
く推定できないという問題があった。

【００１０】特にターンテーブルタイプの多くは、給電
点（電磁波が加熱室に入るところ、一般には前述の開口
部）が天面上もしくは側面に位置して固定されており、
一度構成を決めれば加熱室内の定在波分布が常に一定で
あるように思えるが、実際は食品の形状や誘電定数によ
り電磁波の吸収度合いが変わるなど、給電点から遠ざか
るに従って定在波分布が乱れやすくなる。定在波分布が
乱れると、ますますねらった加熱分布にならない上、た
いていの電子レンジにおいては、食品の縁が熱くなり中
央部（特に底部）がなかなか熱くならない。この場合い
くら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ない
ので、根本的解決法として食品の中央部（特に底部）が
強く加熱される分布を強制的に作らない限り、使用者に
とって極めて不満の残る仕上がり状態になる。

【００１１】一方、給電点が底面中央にある場合は逆
に、その上に置かれる食品を電界が通過するので底面中
央部が熱くなりやすく縁がなかなか熱くならない。さら
に、底面の給電点が邪魔になるためにターンテーブルな
どの攪拌手段を構成するのが難しい。

【００１２】またスタラーによる電磁波の攪拌や回転導
波管による給電点の移動のように、電磁波を強制的に極
端に移動させるものについては、上記の問題に加えて、
加熱室内に定在波が立ちにくく加熱室とマグネトロンと
の整合状態が悪くなり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。

【００１３】本発明は上記課題を解決するもので、ねら
った電界分布をたてて被加熱物の加熱分布を均一にする
とともに、効率的に加熱室内に電磁波を供給して加熱効
率の高い高周波加熱装置を実現することを目的とする。

【００１４】

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

【００１５】すなわち、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を接続する複数の開口部
と、前記電磁波放射部からの電磁波の放射を制御する制
御部とを有し、前記開口部のうちの一つの開口部を前記
加熱室底面の中央部（縦の中央かつ横の中央）に第一の
開口部を有する構成とした。

【００１６】また、被加熱物を出し入れする底面が長方
形の加熱室と、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、前記電磁波放射部からの電磁波の放射を制
御する制御部とを有し、前記加熱室底面と前記導波管と
を長方形の開口部で接続し、前記加熱室底面のすべての
辺が開口部のいずれかの辺と平行にする構成とした。

【００１７】また、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を接続する複数の開口部と、前
記複数の開口部の少なくとも一つを遮蔽する開口遮蔽部
と、前記開口遮蔽部を駆動する駆動部と、前記電磁波放
射部からの電磁波の放射や前記駆動部を制御する制御部
とを有する構成とした。

【００１８】また、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
記電磁波放射部からの電磁波の放射を制御する制御部
と、前記加熱室と前記導波管とを接続する複数の開口部
を有し、任意の一つの開口部を除く他の開口部を遮蔽し
た場合に整合を取る（定格出力が出る）構成とした。

【００１９】また、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を接続する開口部と、前記加熱
室底面の中央部（縦の中央かつ横の中央）以外の位置の
回転軸を中心に回転することで前記開口部を遮蔽する開
口遮蔽部と、前記開口遮蔽部を前記回転軸を中心に回転
駆動する駆動部と、前記電磁波放射部からの電磁波の放
射や前記駆動部を制御する制御部とを有する構成とし
た。

【００２０】また、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を接続する開口部と、前記開口
部を一定速度の回転運動で遮蔽する開口遮蔽部と、前記
開口遮蔽部を回転駆動する駆動部と、前記電磁波放射部
からの電磁波の放射や前記駆動部を制御する制御部とを
有する構成とした。

【００２１】また、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を接続する開口部と、前記開口
部を遮蔽する円板形状の開口遮蔽部と、前記開口遮蔽部
を駆動する駆動部と、前記電磁波放射部からの電磁波の
放射や前記駆動部を制御する制御部とを有する構成とし
た。

【００２２】また、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を接続する開口部と、樹脂など
の電磁波透過部と金属などの電磁波遮断部からなり前記
開口部を遮蔽する開口遮蔽部と、前記開口遮蔽部を駆動
する駆動部と、前記電磁波放射部からの電磁波の放射や
前記駆動部を制御する制御部とを有する構成とした。

【００２３】また、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を接続する複数の開口部と、前
記電磁波放射部からの電磁波の放射を制御する制御部と
を有し、前記被加熱物の底部中央に最も近い位置にある
開口部の開口面積を最小にする構成とした。

【００２４】また、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
記電磁波放射部からの電磁波の放射を制御する制御部
と、前記加熱室と前記導波管とを接続する複数の開口部
を有し、前記被加熱物の底部中央に最も近い位置にある
開口部を除く他の開口部を遮蔽した場合に整合を取らな
い（定格出力が出ない）構成とした。

【００２５】さらに、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を接続する開口部と、前
記開口部を一定でない速度で運動しながら遮蔽する開口
遮蔽部と、前記開口遮蔽部を駆動する駆動部と、前記電
磁波放射部からの電磁波の放射や前記駆動部を制御する
制御部とを有する構成とした。

【００２６】

【作用】本発明は上記構成によって下記の作用を有す
る。

【００２７】すなわち、加熱室と導波管とを複数の開口
部で接続し、加熱室底面の中央部（縦の中央かつ横の中
央）に第一の開口部を有する構成としたので、第一の開
口部で食品の底面中央部を加熱するとともに、その他の
開口部で食品の縁を加熱することができる。

【００２８】また、長方形の加熱室底面と導波管とを長
方形の開口部で接続し、加熱室底面のすべての辺が開口
部のいずれかの辺と平行にする構成としたので、電磁波
放射部から放射された電磁波により開口部をはさみ込む
様に逆向きの強電界が発生し、加熱室を空胴共振器と考
えて計算した時のようなねらった電界分布が加熱室底面
上に定在波分布として生じる。

【００２９】また、開口遮蔽部で複数の開口部の少なく
とも一つ以上を遮蔽するので、遮蔽されていない開口部
ごとに生じる定在波分布をきりかえたり、いろいろな定
在波を混在させることができる。

【００３０】また、複数の開口部を有し、任意の一つの
開口部を除く他の開口部を遮蔽した場合に整合を取る
（定格出力が出る）構成としたので、どの開口部から給
電された場合でも効率よく被加熱物を加熱することがで
きる。

【００３１】また、開口遮蔽部は加熱室底面の中央部
（縦の中央かつ横の中央）以外の位置の回転軸を中心に
回転することで開口部を遮蔽するので、開口部を加熱室
底面の中央部も含めたいろいろなところに設けることが
できる。

【００３２】また、開口遮蔽部は開口部を一定速度の回
転運動で遮蔽するので、たとえばモータのような一定速
度で回転する駆動部で実現できる。

【００３３】また、円板形状の開口遮蔽部で開口部を遮
蔽するので、角の無い開口遮蔽部が実現できる。

【００３４】また、開口遮蔽部は樹脂などの電磁波透過
部と金属などの電磁波遮断部からなるので、駆動部によ
りその位置が変わると、電磁波の透過と遮断の状態を変
えることができる。

【００３５】また、複数の開口部の開口面積について、
被加熱物の底部中央に最も近い位置にある開口部の開口
面積を最小にする構成としたので、最小の開口部から出
る電磁波を他の開口部から出る電磁波より少なくするこ
とができる。

【００３６】また、被加熱物の底部中央に最も近い位置
にある開口部を除く他の開口部を遮蔽した場合に整合を
取らない（定格出力が出ない）構成としたので、この時
に出る電磁波を他の開口部から出る電磁波より少なくす
ることができる。

【００３７】さらに、開口遮蔽部は一定でない速度で運
動しながら開口部を遮蔽するので、開口部ごとに、開放
動作・遮蔽動作に要する時間や開放している時間・遮蔽
している時間を変えることができる。

【００３８】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。

【００３９】図１は本発明の高周波加熱装置の断面図で
ある。図１において、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内に
置かれた皿４上の食品５を加熱する。導波管２と加熱室
３とを接続し電磁波を導く開口部６、７は、第一の開口
部６を加熱室３の中央に、第二の開口部７をマグネトロ
ン１寄りに構成し、導波管２内を伝搬する電磁波におけ
る電界の弱い部分（節）と、加熱室２内に定在波として
分布する電磁波における電界の弱い部分（節）とを接続
するように構成している。（このことは後ほど図１０で
詳しく説明する。）一方、食品５の加熱効率や加熱分布
を良くするため、開口部６、７を覆うように開口遮蔽部
８があり、その構造は円板形状で、電磁波を吸収しにく
い低損失の材料からなる電磁波透過部９と、金属からな
る電磁波遮断部１０とを有し、電磁波を吸収しにくい低
損失の材料からなる回転軸１１により回転する。回転軸
１１は、開口部６、７の間の位置で加熱室３と導波管２
を貫通し、駆動部であるモータ１２に接続されて回転駆
動されている。この回転に応じて、導波管２から加熱室
３内に入る見かけ上の電磁波の透過できる開口位置が変
化し（第一の開口部６と第二の開口部７が切り換わ
り）、電界分布を変化させている。（このことは後ほど
図５、６で詳しく説明する。）また同時に回転軸１１は
第一の歯車１３とも接続されており、第一の歯車１３の
回転により第二の歯車１４に回転力が伝わる。第二の歯
車１４は、ターンテーブル１５と接続されており、食品
５を回転させることで回転中心から見た同心円方向の均
一化を図るものであるが、歯数を第一の歯車１３の歯数
とは異ならせる（この実施例の場合は第二の歯車１４の
歯数のほうを多くしている）ことで、より一層の均一化
を図るものである。また、形状認識センサ１６が食品５
の形状を認識して制御部１７に信号を送り、制御部１７
はその信号に応じてマグネトロン１やモータ１２やマグ
ネトロン冷却用の冷却ファン１８の動作などを制御して
いる。この場合、あらかじめ食品の形状に応じて最適な
給電方法（開口部６、７の切り替えパターン、マグネト
ロン１の電磁波放射パターンなど）を設定しておいて、
形状認識センサ１６からの信号により切り替えるもので
ある。さらに安全のため底面カバー１９で開口遮蔽部８
などを覆うように構成し、支持部２０でターンテーブル
１５を保持する構成としている。

【００４０】図２は、図１のＡ−Ａ’断面構成図であ
る。加熱室３の底面上の中央部（縦の中央かつ横の中
央）に第一の開口部６の中央があり、それよりマグネト
ロン１寄りに第二の開口部７がある。開口部６、７はそ
れぞれ長方形状で、同じく長方形状の加熱室３底面と四
辺が平行である。

【００４１】図３は、図１のＢ−Ｂ’断面構成図であ
る。開口遮蔽部８が開口部６、７を覆っており、円状の
電磁波透過部９上に半円状の電磁波遮断部１０を有し、
回転軸１１により回転する。図３の場合、電磁波遮断部
１０のため、導波管２内の電磁波は第一の開口部６から
は加熱室３内に入りにくく、第二の開口部７からは入り
やすい状態となっている。一方、回転軸１１が半回転す
ると逆に、導波管２内の電磁波は第一の開口部６からは
加熱室３内に入りやすく、第二の開口部７からは入りに
くい状態となる。よって開口遮蔽部８の回転により見か
け上開口部６、７が切り換わることになる。

【００４２】ここで本実施例では、一つの回転軸１１で
開口遮蔽部８とターンテーブル１５の両方を回転させる
構成である。もちろん別々に回転軸を設けてより一層の
均一化をねらう構成にしてもよい。また、開口遮蔽部８
を加熱室３内で回転する構成にしているが、導波管２内
で左右に直線運動する構成にしてもよい。また、モータ
１２についても簡単なＡＣモータで一定速度の回転をさ
せる構成がもっとも簡単であるが、ステッピングモータ
を使ってこまめに制御してより一層均一化をねらっても
よい。また、第二の開口部７を加熱室３の底面に構成し
ているが、加熱室３の他の壁面に構成してもよい。また
形状認識センサ１６の信号をもとに制御する構成として
いるが、他のセンシング手段で検出部を構成してもよ
い。

【００４３】図４〜図９は、高周波加熱装置の内部の電
界と食品の誘電損失の関係をシミュレーションした結果
を示す構成図である。

【００４４】図４は、本発明の一実施例の高周波加熱装
置の斜視図である。図１と寸法関係などは等しい構成
で、（マグネトロン１を示していないが）給電点２１か
ら電磁波が励振されることとしている。

【００４５】図５、図６は、図４の高周波加熱装置の電
界分布（ただし食品の無い場合）をシミュレーション
し、Ｃ−Ｃ’で切断した斜視図で、共振状態において生
じる電界を等電界強度線で示している。（年輪状の模様
の込み入ったところほど電界が強い（腹）と考えれば良
い）これはすなわち開口部の位置による電界分布の違い
を示す。

【００４６】図５は、第一の開口部６だけが開放されて
いる場合を示し、加熱室３内のｘ方向に電界の腹が４
つ、ｙ方向に電界の腹が３つ、ｚ方向に電界の腹が１つ
生じている。

【００４７】図６は、第二の開口部７だけが開放されて
いる場合を示し、加熱室３内のｘ方向に電界の腹が５
つ、ｙ方向に電界の腹が１つ、ｚ方向に電界の腹が１つ
生じている。

【００４８】図７は、図４の高周波加熱装置内で加熱さ
れる平らな形状の食品２２（しゅうまいなど）の斜視図
である。

【００４９】図８および図９は、図７の食品を図４の高
周波加熱装置の第一の開口部６上に置いて電磁波を入れ
た場合の、誘電損失の分布をシミュレーションし、Ｄ−
Ｄ’で切断した斜視図である。斜線部分ほど損失があり
温度上昇すると考えられる。

【００５０】図８は、第一の開口部６だけが開放されて
いる場合を示し、食品２２の中央底部２３が加熱される
ことを示す。

【００５１】図９は、第二の開口部７だけが開放されて
いる場合を示し、食品２２の端部２４が加熱されること
を示す。

【００５２】ここで、なぜ、図５、図６のような電界分
布や図８、図９のような損失の分布が得られるかについ
て説明を加える。

【００５３】まず、導波管２内の電磁波の伝搬について
説明する。図１０〜図１２は一実施例における高周波加
熱装置の要部断面構成図であり、図１、図４と寸法など
は同じとし、図１０では簡単にマグネトロン１と導波管
２と加熱室３と第一の開口部６のみを示している。マグ
ネトロン１の給電点２１と開口部６の中心２５との距離
Ｌｔは、導波管２内を左方向に向かって伝送する電磁波
の波長（管内波長）をλgとして表すと、λg／４の奇数
倍の距離である。これは、電磁波が導波管２内を伝送す
るときに、導波管２の形状で決まる管内波長λgに基づ
いて強弱を繰り返しながら図２の左方向に進み、λg／
４の奇数倍の位置で必ず電界が弱くなる（導波管内の伝
送では磁界と電界の位相は一致し、磁界も弱くなる）た
めに選んでいるのである。ここでは、Ｌｔ＝λg／４×
９としている。また実線の矢印が強い電界の向きを示し
ており、電界（および磁界）の向きはλg／２毎に逆向
きとなるので、給電点２１からλg／２離れるごとに矢
印の向きが逆になっているが、それぞれが２．４５GHz
の周波数で反転をくり返すものである。図１０では電界
（および磁界）の弱いところで加熱室３の開口部６と接
続されているため、導波管２内の電界を乱す事なく効率
よく加熱室３内に電磁波が入る。

【００５４】ここで導波管２内を伝搬する管内波長λg
の定義は、図４、図１０に合わせて説明すると、導波管
２の奥行をａ、厚みをｂ、奥行方向の電波の強弱の山の
数をｍ、厚み方向の電磁波の強弱の山の数をｎ、真空で
の電磁波の波長をλ≒１２２mmとすれば、（数２）とな
る。一般にｍ＝１、ｎ＝０が多く採用され、このときは
（数３）となる。具体的な値としてａ＝８０mm、ｂ＝４
０mmならλg≒１８８mm程度である。（ただし寸法はす
べて板厚を含まない内寸とする。）

【００５５】

【数２】

【００５６】

【数３】

【００５７】次に、この時の加熱室３内の電磁波の共振
について説明する。図１０の場合、加熱室３内の電磁波
は共振状態を起こそうとするが、開口部６を挟み込むよ
うな逆向きの強電界２６、２７（実線矢印）が生じ、加
熱室３内の開口部６で電界が弱く（節に）なるような共
振状態で安定する。このときもっとも効率よく加熱室３
内に電磁波が入ることになる。（ただし共振状態では、
導波管２内のような伝送状態とは異なり、電界と磁界の
位相は９０°ずれる。）共振状態は加熱室形状と開口部
の位置によって決まるのだが、この時加熱室３内の電界
分布を示す図１１（及び図５）の場合、加熱室のｘ方向
に四つ、ｙ方向に三つ、ｚ方向に一つの強電界が発生し
ている。これは共振状態となったために加熱室内に電磁
波が定在波として分布することによって起こる電界の腹
であり、この腹の数をモードと呼ぶ。通常、加熱室３形
状を三次元で表し、各方向の寸法をｘ、ｙ、ｚとする
時、それぞれの方向に電界の腹がｍ、ｎ、ｐだけあれ
ば、そのモードは（ｍｎｐ）であるという。本実施例で
は、加熱室３の底面の奥行きｘと幅ｙの中心位置に第一
の開口部６の中心位置を一致させていると同時に、開口
部６を挟み込むように強電界が発生するように（開口部
６で節となるように）構成しているので、奥行きｘ方向
には偶数のモード（ｍ；偶数）が立ちやすく、かつ幅ｙ
方向には奇数のモード（ｎ；奇数）が立ちやすくなると
同時に、他のモードが立ちにくくなる。図５がモード
（４３１）であると同様に、図６がモード（５１１）だ
ということも容易にわかる。

【００５８】参考までに、食品が加熱室３内に無くて、
加熱室３が直方体の場合は、加熱室３を空胴共振器と考
えることができて、加熱室３の寸法と開口部の位置によ
り、立ちうるモードを求めることができる。加熱室３寸
法をｘ、ｙ、ｚとし、各方向に立つモードの数は（数
４）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）

【００５９】

【数４】

【００６０】一方、食品がある場合は、食品の誘電率に
よる波長圧縮の影響などで（数４）からずれが生じる。
しかし食品があっても、開口部付近では（数４）を満た
すモードが立とうとしており、開口部から離れた位置で
はモードが乱されることが多いということが、実験的に
わかってきている。よってλ≒１２２mmでモード（４３
１）を立てるための一例として、（数４）をほぼ満たす
寸法のｘ＝３３０mm、ｙ＝３００mm、ｚ＝２１５mmなど
を選ぶことができる。

【００６１】図１２は、加熱室３の中央付近（すなわち
第一の開口部６の上部）に平らな（背の低い）食品２２
を置いたときに電界がどのように曲げられるかを示す図
である。食品２２が開口部６をはさみ込むように生じた
一対の逆向きの強電界２６、２７を押し曲げて、食品内
強電界２８を起こし、食品内強電界２８と食品２２の誘
電定数により（数１）に示した電力Ｐに基づいて加熱さ
れる。このとき食品２２の中央下部に発熱部２９が生
じ、縁が煮える事なく食品２２の内部が加熱される。こ
れが図８で示した損失の分布となるのである。但しこの
時は、食品２２の中央下部が熱すぎて縁が冷たいという
事で、今までの電子レンジとは正反対の問題が起きる。
よって前述のような第二の開口部７との切り替えで均一
化をねらうのである。経験上、加熱室３底面の中央（食
品の真下）の開口部で無い限り（図９の場合もそうであ
るが）、食品２２は必ず縁が熱くなる。これは底面中央
以外の位置の開口部では、食品２２自身により加熱室３
内の電界分布が乱され、開口部から離れたところでは食
品の縁を覆うような向きにしか電界が起こらないという
事が原因であろう。加熱室３底面の中央（食品の真下）
の開口部６の場合も開口部から遠ざかるにつれて電界分
布が乱れるが、開口部６付近は安定した強電界２６、２
７が保たれるため、縁が煮える事なく食品２２の内部が
加熱されるのである。（図１２では、図１１と異なる電
界は強電界変形部３０だけのように示しているが、極端
な場合は加熱室３天面の四つの強電界31が三つや二つに
なってしまう可能性もある。）また一般に食品は加熱室
３の中央に置かれるので、第一の開口部６は加熱室３底
面の中央にしなければならないが、第二の開口部７は取
り付け位置に自由度が有ることもわかってきている。

【００６２】以上のように、第一の実施例によって、本
第１、３、５、６、７、８の発明で加熱の均一化が図れ
ることがわかる。

【００６３】図１３〜１６は加熱室３の断面図であり、
壁面にある開口部の位置によって電界の立ち方がどのよ
うに変わるかについて説明する。

【００６４】加熱室３を空胴共振器として（数４）に従
うモードを立てるには、図１３〜１５の様に開口部の位
置を決めるのがよい。（ただしここでは簡単のため二次
元で考えることにする）図１３は、開口部３２をはさみこむように逆向きの強電
界３３、３４を起こし、（２２＊）のモードを立ててい
る。このように（偶数、偶数、＊）のモードが同様に立
てられる事は容易に考えられる。

【００６５】図１４は、開口部３５をはさみこむように
逆向きの強電界３６、３７を起こし、（２３＊）のモー
ドを立てている。このように（偶数、奇数、＊）（奇
数、偶数、＊）のモードが同様に立てられる事は容易に
考えられる。

【００６６】図１５は、開口部３８をはさみこむように
逆向きの強電界３９、４０を起こし、（３３＊）のモー
ドを立てている。（奇数、奇数、＊）のモードが同様に
立てられる事は容易に考えられる。

【００６７】ところが図１６は、開口部41をはさみこむ
ように逆向きの強電界４２、４３を起こそうとするが、
（数４）に従うモードにはならず、電界分布が推定でき
ない。これは加熱室３壁面と開口部41が平行でないから
である。

【００６８】以上のように、本第２の発明によって、加
熱室３壁面と開口部６、７を平行にすることで、図５、
図６、図１３、図１４、図１５などのようなねらった通
りの電界が起こせる事がわかる。

【００６９】図１７に、本第４の発明の一実施例の加熱
効率を表す特性図を示す。図１７はマグネトロン１から
見た反射の状態（整合状態）を示すスミスチャートであ
り、斜線部は高効率領域44（加熱室３内にもっとも効率
的に電磁波が入る領域）である。このとき第一の開口部
６、第二の開口部７のみがそれぞれ開放されている場合
の反射の特性を45、46として、いずれも高効率領域44に
有り定格出力が出るように整合を取っている。よって前
述のように均一加熱ができると同時に加熱効率を高くす
ることができる図１８は、図２７の１６ケのしゅうまい
４７を、本発明の第一の実施例の高周波加熱装置で加熱
した時の温度ばらつきを示す特性図である。加熱終了時
からの放置時間を横軸に、温度を縦軸に取ると、しゅう
まい４７の中央部４８の４ケの平均温度ｄと、しゅうま
い４７の周囲部４９の１２ケの平均温度ｅとが、ほぼ同
じ温度になっており図２８より均一加熱が進んだことを
示す。

【００７０】但し、複数開口でそれぞれ整合を取れば必
ず図１８のようになるとは言えない。第一の開口部６、
第二の開口部７がそれぞれ、中央部４８、周囲部４９を
加熱する傾向があるのは間違いないが、まったく同じス
ピードで昇温するとは限らない。たとえば図１９のよう
に、中央部４８の平均温度ｄが周囲部４９の平均温度ｅ
より大きいこと（従来の特性の図２８とは逆転）が起こ
りうる。何故ならば、しゅうまいの数が周囲部49は１２
ケなのに対して中央部48は４ケしかなく、それぞれの開
口部６、７から同じ量の電磁波が加熱室３内に入ったと
しても中央部４８の方が速く昇温するかも知れないから
である。よって中心温度と周囲温度の上昇のバランスを
変える解決策として、本第９、１０の発明の一実施例及
び、本第３の発明の他の実施例を図２０〜２２に示す。

【００７１】図２０には、図２の構成とは異なって、第
一の開口部６の開口面積を第二の開口部７の開口面積よ
り小さくすることで、第一の開口部６から加熱室３内に
入る電磁波の量を絞った例を示す。その結果、中心温度
の上昇を抑えることで、図１９のような特性を図１８の
ような特性に最適化することができる。

【００７２】図２１には、図１７での特性とは異なっ
て、第一の開口部６での反射の状態（整合状態）をずら
した例を示す。第二の開口部７での特性46は高効率領域
に保ったまま、第一の開口部６での特性45を図２１のよ
うにずらすのである。図２０の効果と同様、第一の開口
部６から加熱室３内に入る電磁波が減り（反射が増え
て）中心温度の上昇を抑えることで、図１９のような特
性を図１８のような特性に最適化することができる。

【００７３】図２２、２３には、開口部６、７の開放時
間の比率を変える例を示す。図２３は図２２のｆ−ｆ’
断面図である。図２２は図２の構成とは異なって、電磁
波遮断部１０が遮断突出部５０と遮断開口部５１を有す
る工夫をしている。この場合、開口遮蔽部８が一回転す
る間の大半の時間は第二の開口部７が開放されており、
遮断突出部５０が第二の開口部７上にあり遮断開口部51
が第一の開口部６上にあるときだけ、第一の開口部６が
開放される。その結果、中心温度の上昇を抑え、かつ周
囲温度の上昇を促進することで、図１９のような特性を
図１８のような特性に最適化することができる。

【００７４】また図示しないが、本第１１の発明の一実
施例として、モータ１２としてステッピングモータを用
いて、開口遮蔽部８の回転が一定でなく、開口部６、７
の遮蔽と開放を切り替える途中段階の時間を極力短くす
る構成が考えられる。たとえば図１７のように、開口部
６、７のどちらかだけの特性４５、４６を実現できたと
しても、切り替える途中段階（たとえば開口部６、７が
それぞれ半分ずつ開放されている場合）では反射が増え
て効率が落ちる可能性が高い。よってそのタイミングだ
け開口遮蔽部８を高速動作させ、極力、加熱効率を落と
さないようにすることができる。

【００７５】さて、本実施例では平らな食品を例に挙
げ、加熱効率の向上と加熱分布の均一化について述べ
た。しかし食品にはさまざまな種類や形状があり、加え
て皿の影響も考えなければならない。よって、本実施例
以外の例として、食品に応じて開口部６、７の開放時間
のバランスを変えるなど、最適化のためにいろいろな方
法が考えられることを付け加えておく。

【００７６】

【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。

【００７７】（１）加熱室と導波管とを複数の開口部で
接続し、加熱室底面の中央部（縦の中央かつ横の中央）
に第一の開口部を有する構成としたので、第一の開口部
で被加熱物の底面中央部を加熱するとともに、その他の
開口部で被加熱物の縁を加熱するので、全体的に均一に
加熱することができる。

【００７８】（２）長方形の加熱室底面のすべての辺が
長方形の開口部のいずれかの辺と平行にする構成とした
ので、電磁波放射部から放射された電磁波により開口部
をはさみ込む様に逆向きの強電界が発生し、加熱室を空
胴共振器と考えて計算した時のようなねらった電界分布
が加熱室底面上に定在波分布として生じる。よって加熱
室内のモードを（少なくとも開口部付近では）ねらった
通りのモードとすることができ、被加熱物をねらった通
りの加熱分布にすることができる。

【００７９】（３）開口遮蔽部で複数の開口部の少なく
とも一つを遮蔽するので、遮蔽されていない開口部ごと
に生じる定在波分布を切り換えたり、いろいろな定在波
を混在させることができるため、被加熱物の加熱分布を
切り換えたり組み合わせたりして均一化することができ
る。

【００８０】（４）複数の開口部を有し、任意の一つの
開口部を除く他の開口部を遮蔽した場合に整合を取る
（定格出力が出る）構成としたので、どの開口部から給
電された場合でも効率よく被加熱物を加熱することがで
きる。よって加熱時間が短くて済み、使用者の待ち時間
を短くする効果がある。また同様に省電力化が図れる効
果がある。さらに同様に電波放射部の熱ストレスが減り
信頼性が増す。

【００８１】（５）開口遮蔽部は加熱室底面の中央部
（縦の中央かつ横の中央）以外の位置の回転軸を中心に
回転することで開口部を遮蔽するので、加熱室内の電界
分布を攪拌し、被加熱物の加熱分布を均一化できる。ま
た同様に開口部を加熱室底面の中央部に設けることがで
きるので、簡単な構成で、被加熱物の底面中央部を加熱
したり、加熱しなかったりを切り換えられるので、さら
に均一に加熱することができる。

【００８２】（６）開口遮蔽部は開口部を一定速度の回
転運動で遮蔽するので、一定速度で回転させる駆動部で
実現できる。よって簡単な構成（安価で作りやすい構
成）で加熱室内の電界分布を攪拌し、被加熱物の加熱分
布を均一化できる。

【００８３】（７）円板形状の開口遮蔽部で開口部を遮
蔽するので、角の無い開口遮蔽部が実現できる。よって
簡単な構成（安価で作りやすい構成）で加熱室内の電界
分布を攪拌し、被加熱物の加熱分布を均一化できる効果
がある。また同様に角の無い開口遮蔽部なので、他の構
成要素との接触などで破損したりする危険が少なく、安
全性を高めることができる。

【００８４】（８）開口遮蔽部は樹脂などの電磁波透過
部と金属などの電磁波遮断部とからなるので、駆動部に
よりその位置が変わると、電磁波の透過と遮断の状態を
変えることができる。よって加熱室内の定在波分布を切
り換えたり、いろいろな定在波を混在させたり、電界分
布を攪拌したりできるので、被加熱物の加熱分布を均一
化できる。また同様に、電磁波透過部により開口部と電
磁波遮断部の間のスパークを防止でき、安全性を高める
ことができる。

【００８５】（９）複数の開口部の開口面積について、
前記被加熱物の底面中央に最も近くにある開口部の開口
面積を最小にする構成としたので、最小の開口部から出
る電磁波を他の開口部から出る電磁波より少なくするこ
とができる。よって同じ開口面積では他の開口部より分
布への影響が大きすぎる、もっとも加熱室底面よりかつ
被加熱物よりにある開口部の分布への影響を抑制し、他
の開口部の分布への影響を高めることで、被加熱物の加
熱分布をより一層均一化できる。

【００８６】（１０）前記被加熱物の底面中央に最も近
くにある開口部を除く他の開口部を遮蔽した場合に整合
を取らない（定格出力が出ない）構成としたので、この
時に出る電磁波を他の開口部から出る電磁波より少なく
することができる。よって同じ整合状態では他の開口部
より分布への影響が大きすぎる、前記被加熱物の底面中
央に最も近くにある開口部の分布への影響を抑制し、他
の開口部の分布への影響を高めることで、被加熱物の加
熱分布をより一層均一化できる。

【００８７】（１１）開口遮蔽部は一定でない速度で運
動しながら開口部を遮蔽するので、開口部ごとに、開放
動作・遮蔽動作に要する時間や開放している時間・遮蔽
している時間を変えることができる。よって、安定して
電磁波が加熱室内に入らず定在波分布の立ちにくい開放
動作・遮蔽動作に要する時間や遮蔽している時間を短く
して、安定して電磁波が加熱室内に入り定在波分布の立
つ開放している時間を長くすることで効率よく被加熱物
を加熱することができる。よって加熱時間が短くて済
み、使用者の待ち時間を短くする効果がある。また同様
に省電力化が図れる効果がある。さらに同様に電波放射
部の熱ストレスが減り信頼性が増す効果がある。

【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断
面構成図

【図２】同高周波加熱装置の断面構成図

【図３】同高周波加熱装置の断面構成図

【図４】同高周波加熱装置の斜視構成図

【図５】同高周波加熱装置の斜視断面構成図

【図６】同高周波加熱装置の斜視断面構成図

【図７】食品の斜視構成図

【図８】同食品の斜視断面構成図

【図９】同食品の斜視断面構成図

【図１０】同高周波加熱装置の断面構成図

【図１１】同高周波加熱装置の断面構成図

【図１２】同高周波加熱装置の断面構成図

【図１３】他の実施例の高周波加熱装置の断面構成図

【図１４】他の実施例の高周波加熱装置の断面構成図

【図１５】他の実施例の高周波加熱装置の断面構成図

【図１６】他の実施例の高周波加熱装置の断面構成図

【図１７】本第４の発明の一実施例における高周波加熱
装置の特性図

【図１８】本第１の発明の一実施例における高周波加熱
装置の特性図

【図１９】同高周波加熱装置の特性図

【図２０】本第９の発明の一実施例における高周波加熱
装置の断面構成図

【図２１】本第１０の発明の一実施例における高周波加
熱装置の特性図

【図２２】本第３の発明の他の実施例における高周波加
熱装置の断面構成図

【図２３】同高周波加熱装置の断面構成図

【図２４】従来の高周波加熱装置の断面構成図

【図２５】従来の他の高周波加熱装置の断面構成図

【図２６】従来の他の高周波加熱装置の断面構成図

【図２７】皿上のしゅうまいの構成図

【図２８】従来の高周波加熱装置の特性図

【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５食品（被加熱物）６第一の開口部７第二の開口部８開口遮蔽部９電磁波透過部１０電磁波遮断部１１回転軸１２モータ（駆動部）１６形状認識センサ（検出部）１７制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【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
室と前記導波管とを接続する複数の開口部と、前記電磁
波放射部からの電磁波の放射を制御する制御部とを有
し、前記開口部のうちの一つの開口部を前記加熱室底面
の中央部に設けた構成の高周波加熱装置。
【請求項２】被加熱物を出し入れする底面が長方形の加
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、前記電磁波放射部からの電磁波の放射を制御する
制御部とを有し、前記加熱室底面と前記導波管とを長方
形の開口部で接続し、前記加熱室底面のすべての辺が開
口部のいずれかの辺と平行に構成した高周波加熱装置。
【請求項３】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
室と前記導波管とを接続する複数の開口部と、前記複数
の開口部の少なくとも一つを遮蔽する開口遮蔽部と、前
記開口遮蔽部を駆動する駆動部と、前記電磁波放射部か
らの電磁波の放射や前記駆動部を制御する制御部とを有
する構成の高周波加熱装置。
【請求項４】前記開口部によって前記開口遮蔽部の遮蔽
時間が異なる構成とした請求項３記載の高周波加熱装
置。
【請求項５】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、前記電磁
波放射部からの電磁波の放射を制御する制御部と、前記
加熱室と前記導波管とを接続する複数の開口部を有し、
任意の一つの開口部を除く他の開口部を遮蔽した場合に
整合を取る構成の高周波加熱装置。
【請求項６】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
室と前記導波管とを接続する開口部と、前記加熱室底面
の中央部以外の位置の回転軸を中心に回転することで前
記開口部を遮蔽する開口遮蔽部と、前記開口遮蔽部を前
記回転軸を中心に回転駆動する駆動部と、前記電磁波放
射部からの電磁波の放射や前記駆動部を制御する制御部
とを有する構成の高周波加熱装置。
【請求項７】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
室と前記導波管とを接続する開口部と、前記開口部を一
定速度の回転運動で遮蔽する開口遮蔽部と、前記開口遮
蔽部を回転駆動する駆動部と、前記電磁波放射部からの
電磁波の放射や前記駆動部を制御する制御部とを有する
構成の高周波加熱装置。
【請求項８】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
室と前記導波管とを接続する開口部と、前記開口部を遮
蔽する円板形状の開口遮蔽部と、前記開口遮蔽部を駆動
する駆動部と、前記電磁波放射部からの電磁波の放射や
前記駆動部を制御する制御部とを有する構成の高周波加
熱装置。
【請求項９】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
室と前記導波管とを接続する開口部と、樹脂などの電磁
波透過部と金属などの電磁波遮断部からなり前記開口部
を遮蔽する開口遮蔽部と、前記開口遮蔽部を駆動する駆
動部と、前記電磁波放射部からの電磁波の放射や前記駆
動部を制御する制御部とを有する構成の高周波加熱装
置。
【請求項１０】前記加熱室壁面と前記電磁波遮断部との
間に前記電磁波透過部を有する構成とした請求項９記載
の高周波加熱装置。
【請求項１１】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を接続する複数の開口部と、前記電
磁波放射部からの電磁波の放射を制御する制御部とを有
し、前記被加熱物の底部中央に最も近い位置にある開口
部の開口面積を最小にする構成の高周波加熱装置。
【請求項１２】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、前記電
磁波放射部からの電磁波の放射を制御する制御部と、前
記加熱室と前記導波管とを接続する複数の開口部を有
し、前記被加熱物の底部中央に最も近い位置にある開口
部を除く他の開口部を遮蔽した場合に整合を取らない構
成の高周波加熱装置。
【請求項１３】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を接続する開口部と、前記開口部を
一定でない速度で運動しながら遮蔽する開口遮蔽部と、
前記開口遮蔽部を駆動する駆動部と、前記電磁波放射部
からの電磁波の放射や前記駆動部を制御する制御部とを
有する構成の高周波加熱装置。
【請求項１４】前記被加熱物の物理量や前記加熱室内の
状態を検出する検出部を有し、前記検出部の出力に応じ
て前記開口遮蔽部を駆動する構成とした請求項３、４、
６、７、８、９、１０、１３のいづれか１項記載の高周
波加熱装置。