JP3864570B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波エネルギを用いて被加熱物を誘電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】
従来の高周波加熱装置のマイクロ波空間は、マイクロ波空間内に収納された被加熱物の
加熱の均一化を図る手段として、電波攪拌方式、被加熱物回転方式、複数給電方式あるいはマイクロ波空間壁面の凹凸形状などが実用化されている。
【０００３】
電波攪拌方式は、マイクロ波空間内に設けた金属性の板状羽根を回転駆動させる構成からなる。この方式は、マイクロ波空間を形成する金属境界面や被加熱物の表面で反射を繰り返しながら伝搬しているマイクロ波が金属性の板状羽根によっても反射する。この金属性の板状羽根からのマイクロ波の反射は、板状羽根が無い場合と比べて、マイクロ波空間内でのマイクロ波の伝搬経路を増加させるものであり、被加熱物全体にマイクロ波を乱反射させて被加熱物の加熱の均一化を促進させるものである。
【０００４】
被加熱物回転方式は、被加熱物を載置する載置皿を回転駆動させる構成からなる。この方式では、マイクロ波空間構造とその内部に収納した被加熱物の種類や形状等により決定されたマイクロ波空間内に生じるマイクロ波の伝搬分布に対して、被加熱物の方を移動させ被加熱物全体にマイクロ波を伝搬させ被加熱物の加熱の均一化を促進させるものである。
【０００５】
複数給電方式は、マイクロ波空間を形成する金属境界面の複数の個所からマイクロ波空間内にマイクロ波を給電する構成からなる。この方式は、単一の給電と比べて最も大きな特徴は、位相の異なった複数のマイクロ波がマイクロ波空間内に給電されることである。マイクロ波空間内に位相の異なるマイクロ波を伝搬させることにより、上記電波攪拌方式と同様にマイクロ波空間内にマイクロ波の乱反射状態を生じさせるものである。
【０００６】
マイクロ波空間壁面の凹凸形状方式は、マイクロ波空間を形成する金属境界面に凹凸を設けた構成からなる。この方式は、凹凸を有する金属境界面によってマイクロ波を乱反射させるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電波攪拌方式のマイクロ波空間は、金属性板状羽根によって反射されるマイクロ波をマイクロ波空間内に均一に乱反射させることに物理的限界がある。これは、マイクロ波の伝搬速度に対して、金属性板状羽根の回転速度があまりに遅いことによるものであり、金属性板状羽根の回転速度を制御したとしても被加熱物全体に均一にマイクロ波を伝搬させることは非常に難しい。従って、被加熱物の種類や量によっては、不測の不均一な加熱分布が生じることを抑制することが難しいという問題を有していた。
【０００８】
また、被加熱物回転方式は、被加熱物の種類や量によってマイクロ波空間内に生じるマイクロ波分布は自ずと決まってしまうため、一つの被加熱物に対応して生じたマイクロ波分布がその被加熱物を均一に加熱することに対して不適であってもその電磁波分布を変更することができないという問題を有していた。
【０００９】
複数給電方式は、理想的な挙動としては前述したとおりであるが、一つの給電部から放射されるマイクロ波の挙動が他の給電部から放射されたマイクロ波からの影響を受ける。このため、給電部が複数個あっても、その複数の給電構成によって決定される特定のマイクロ波伝搬がマイクロ波空間内に生じるので、被加熱物の種類や量によっては、不測の不均一な加熱分布が生じることを抑制することが難しいという問題を有していた。
【００１０】
さらに、マイクロ波空間壁面の凹凸形状構造は被加熱物の加熱の均一化を促進できうる乱反射をマイクロ波空間内に生じさせるには、壁面全体にいわゆるゴルフボールのディンプルのような凹凸を配するとともにそのディンプルの深さ寸法あるいは突出寸法を使用するマイクロ波の波長に対して無視できない寸法、例えば１／１０波長寸法以上、にすることが必要である。この結果、マイクロ波空間の構成が複雑となり実用性に難しい構成を強
いられるという問題を有していた。
【００１１】
本発明は、マイクロ波空間に生じる電磁波分布を故意に可変制御し、被加熱物の加熱の均一化を促進する高周波加熱装置を提供するものである。
【００１２】
【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、被加熱物を収納するとともに給電されたマイクロ波を実質的に閉じ込めるマイクロ波空間と、前記マイクロ波空間を形成する金属壁面に生じる高周波電流の流れを分断するように設けた開孔部と、前記開孔部に接続され終端が閉じられた溝部と、前記溝部内に設け前記開孔部におけるインピーダンスを変えるインピーダンス可変手段と、前記溝部内のマイクロ波強度を検出するマイクロ波検出手段とを備え、前記インピーダンス可変手段を低誘電損失材料からなる板状構造としその板の幅広面が溝部の深さ方向に対して垂直に設けた時に開孔部に生じるインピーダンスを極めて小さい値とし、幅広面を溝部の深さ方向に対して平行に設けた時に開孔部に生じるインピーダンスを極めて大きな値とするように作用させ、前記マイクロ波検出手段の検出信号に基づいて前記インピーダンス可変手段の板の幅広面が溝部の深さ方向に対して少なくとも平行または垂直になるように回転制御する制御部とを備えている。
【００１３】
上記発明によれば、マイクロ波空間に給電されたマイクロ波によりマイクロ波空間を形成する壁面に生じる高周波電流の流れは開孔部によって流れが分断されるので、マイクロ波は開孔部に接続した溝部内へ伝搬する。溝部を伝搬するマイクロ波は溝部の終端まで伝搬し、この終端で反射して再び開孔部を経てマイクロ波空間内を伝搬する。溝部内のマイクロ波伝搬経路の途中に設けたインピーダンス可変手段は、溝部内のマイクロ波伝搬条件を変化させる。このマイクロ波伝搬条件を変化させることで開孔部に生じるインピーダンス値を零から理想的には無限大まで変えることができる。この開孔部は高周波電流の流れを分断するように設けられており、開孔部のインピーダンスを零にすると、高周波電流の流れは分断されない。一方、開孔部のインピーダンスを無限大にすると高周波電流は全く流れなくなる。開孔部のインピーダンスの変化は、マイクロ波空間に生じうるマイクロ波分布を変化させる。また、開孔部に入射するマイクロ波の入射波と反射波との位相差は、開孔部のインピーダンスが零の場合１８０度であり、開孔部のインピーダンスが無限大の場合０度となる。従って開孔部のインピーダンスを変えることでマイクロ波空間内にマイクロ波を多重伝搬させ、さまざまなマイクロ波分布を形成させることができ、被加熱物全体の加熱の均一化を促進させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１の高周波加熱装置は、被加熱物を収納するとともに給電されたマイクロ波を実質的に閉じ込めるマイクロ波空間と、前記マイクロ波空間を形成する金属壁面に生じる高周波電流の流れを分断するように設けた開孔部と、前記開孔部に接続され終端が閉じられた溝部と、前記溝部内に設け前記開孔部におけるインピーダンスを変えるインピーダンス可変手段と、前記溝部内のマイクロ波強度を検出するマイクロ波検出手段とを備え、前記インピーダンス可変手段を低誘電損失材料からなる板状構造としその板の幅広面が溝部の深さ方向に対して垂直に設けた時に開孔部に生じるインピーダンスを極めて小さい値とし、幅広面を溝部の深さ方向に対して平行に設けた時に開孔部に生じるインピーダンスを極めて大きな値とするように作用させ、前記マイクロ波検出手段の検出信号に基づいて前記インピーダンス可変手段の板の幅広面が溝部の深さ方向に対して少なくとも平行または垂直になるように回転制御部とを備えている。
【００１５】
そして、マイクロ波空間に給電されたマイクロ波によりマイクロ波空間を形成する壁面に生じる高周波電流の流れは開孔部によって流れが分断されるので、マイクロ波は開孔部に接続した溝部内へ伝搬する。溝部を伝搬するマイクロ波は溝部の終端まで伝搬し、この
終端で反射して再び開孔部を経てマイクロ波空間内を伝搬する。溝部内のマイクロ波伝搬経路の途中に設けたインピーダンス可変手段は、溝部内のマイクロ波伝搬条件を変化させる。このマイクロ波伝搬条件を変化させることで開孔部に生じるインピーダンス値を零から理想的には無限大まで変えることができる。この開孔部は高周波電流の流れを分断するように設けられており、開孔部のインピーダンスを零にすると、高周波電流の流れは分断されない。
【００１６】
一方、開孔部のインピーダンスを無限大にすると高周波電流は全く流れなくなる。開孔部のインピーダンスの変化は、マイクロ波空間に生じうるマイクロ波分布を変化させる。また、開孔部に入射するマイクロ波の入射波と反射波との位相差は、開孔部のインピーダンスが零の場合１８０度であり、開孔部のインピーダンスが無限大の場合０度となる。従って開孔部のインピーダンスを変えることでマイクロ波空間内にマイクロ波を多重伝搬させ、さまざまなマイクロ波分布を形成させることができ、被加熱物全体の加熱の均一化を促進させることができる。
【００１７】
また、制御部により、インピーダンス可変手段を回転制御させている。これにより、開孔部のインピーダンスの可変値を特定化させたり周期的に変化させたりして制御性を高めることができ、被加熱物の加熱の促進を図ることができる。また、制御部は、本装置使用者からの手動制御信号入力に基づいてインピーダンス可変手段を所定の角度に支持させるように制御する。加熱進行に伴って溝部内に配設したマイクロ波検出手段の検出信号に基づいてインピーダンス可変手段の回転角度を制御し被加熱物の種類、量、形状に対して最適な状態のマイクロ波伝搬をマイクロ波空間内に形成して被加熱物を均一に加熱させることができる。
【００１８】
また請求項２の高周波加熱装置は、マイクロ波検出手段は開孔部とインピーダンス可変手段との間に配設している。そして、マイクロ波検出手段は、開孔部から溝部内に伝搬するマイクロ波のエネルギを検出する。これにより、インピーダンス可変手段の回転状態を判別できるとともにマイクロ波空間へのマイクロ波エネルギの供給量の状態を検出でき、この検出信号に基づいてインピーダンス可変手段を制御して被加熱物を最適なマイクロ波分布にて均一に誘電加熱させることができる。
【００１９】
また、請求項３の高周波加熱装置では、マイクロ波検出手段はインピーダンス可変手段を挟んで両側に配設している。これにより、インピーダンス可変手段の両側のマイクロ波エネルギを検出して開孔部のインピーダンス値を判定できる。
【００２０】
また開孔部のインピーダンス値を可変させてマイクロ波空間へのマイクロ波エネルギ量を増加させるようにインピーダンス可変手段を制御でき、被加熱物を均一でかつ高速に誘電加熱させることができる。
【００２１】
また、請求項４の高周波加熱装置では、インピーダンス可変手段は、溝部内にて回転可能に支持した板状構成とし、板面の支持角度を判定する支持角度判定手段を備えている。これにより、板状構成のインピーダンス可変手段を回転駆動させることで開孔部のインピーダンス可変を容易に制御できるとともに、支持角度判定手段により回転角度を規定させることができるので開孔部のインピーダンス値を特定化させてマイクロ波空間内のマイクロ波伝搬を特定化させ、被加熱物の種類、量あるいは形状に対応させて最適な加熱の均一化を実現させることができる。
【００２２】
また、請求項５の高周波加熱装置では、支持角度判定手段は、インピーダンス可変手段を構成する板の幅広面が溝部の深さ方向に対して少なくとも平行または垂直になる状態を検出判定する機能を有している。そして、開孔部のインピーダンス値を極めて小さい値（
理想的には零）にするインピーダンス可変手段の支持角度を板の幅広面が開孔部に対して平行または垂直の時に生じさせるように規定させている。これにより、開孔部のインピーダンス値のリセット状態を規定し、再現性の良い装置を提供できる。また、幅広面を平行または垂直に変えることで開孔部のインピーダンス値を極めて小さい値と極めて大きな値（理想的には無限大）に可変できる。この操作によりマイクロ波空間のインピーダンスが変化するのでマイクロ波空間へのマイクロ波エネルギの供給量を可変させることができる。このマイクロ波エネルギ可変は通常供給量が多くなるように制御することで被加熱物を高速加熱させることができる。
【００２３】
【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。
【００２４】
図１は本発明の実施例１を示す高周波加熱装置の構成図、図２は図１の要部断面構成図である。
【００２５】
図１および図２において、マイクロ波空間１０は金属材料から構成された金属境界部である右側壁面１１、左側壁面１２、奥壁面１３、上部壁面１４、底部壁面１５及び被加熱物をマイクロ波空間１０内に出し入れする開閉壁面である前面開閉壁面（図示していない）とにより略直方体形状に構成され、給電されたマイクロ波をその内部に実質的に閉じ込めるように形成している。１６は左側壁面１２に形成した開孔部であり、左側壁面１２の上下方向の略中央部に配設し略矩形の孔形状としている。１７は溝部であり、開孔部１６と空間的に連続して形成している。溝部１７は、マイクロ波空間１０の外側に設けられ、開孔部１６を覆う金属材料からなる溝板１８で構成されている。この溝板１８により、所定の溝深さ寸法Ｌ１とともに開孔部１６の開孔寸法Ｌ２とほぼ同等の間隙寸法Ｌ３を有する溝部１７が形成されている。開孔部１６は溝部１７の一端に配置され、溝部の終端は溝板１９により閉じられている。
【００２６】
また、溝部１７内にはインピーダンス可変手段２０が設けられている。このインピーダンス可変手段２０は低誘電損失材料からなる板状構造からなり、その両端に溝板１８の壁面に設けた孔を貫通させる支持部２１、２２を設けている。支持部２１、２２により、インピーダンス可変手段２０は溝板１８の壁面にて支持されている。２３はインピーダンス可変手段２０を回転駆動するモータであり、その出力軸２４はインピーダンス可変手段２０の支持部２２と連結構成させている。支持部２２の先端部にはＤカット２２ａを設けている。
【００２７】
２５は、モータ２３の出力軸２４と一体的に構成した支持角度判定手段である。支持角度判定手段２５は、インピーダンス可変手段の幅広面２０ａと幅狭面２０ｂとに対応する位置に突起部２５ａ、２５ｂ（図においては２箇所に配設）をそれぞれ配した円盤状構成からなる。２６はリレースイッチであり、支持角度判定手段２５の回転動作に伴って突起部２５ａ、２５ｂによりリレースイッチ２６のリレー接点が閉じられるように実装されている。
【００２８】
２７、２８は溝部１７内に存在するマイクロ波と結合してそのマイクロ波強度を検出するマイクロ波検出手段である。マイクロ波検出手段２７は、溝部１７において開孔部１６とインピーダンス変換手段２０との間に配設し、もう一方のマイクロ波検出手段２８はインピーダンス可変手段２０と溝部１７の終端である溝板１９との間に配設している。マイクロ波検出手段２７、２８は同様の構成からなる。その詳細はマイクロ波検出手段２７を代表として説明する。マイクロ波検出手段２７は、同軸ケーブルから構成しその中心導体２７ａは溝板１８を貫通させて溝部１７内に略２mmから５mm突出させた構成している。マイクロ波検出手段の検出信号は検波、平滑して直流電圧の信号に変換する。
【００２９】
２９はマイクロ波空間１０内に給電するマイクロ波を発生させるマグネトロン、３０はマグネトロン２９を一端側に装着し、マグネトロンが発生するマイクロ波を伝送する導波管、３１は導波管３０を伝送したマイクロ波をマイクロ波空間１０内に放射する給電部であり、マイクロ波空間１０の右側壁面１１に配設している。３２はマグネトロン２９を駆動させるマグネトロン駆動電源部である。
【００３０】
またマイクロ波空間１０内には被加熱物が載置される載置皿３３が設けられ、この載置皿３３を回転駆動する載置皿駆動モータ３４が設けられている。
【００３１】
３５は制御部であり、マイクロ波検出手段２７、２８が検出した信号および支持角度判定手段２５の回転に伴って生じるリレースイッチ２６のスイッチ部開閉状態がそれぞれ入力され、この入力信号に基づいて後述の制御信号を出力する。また制御部３５はマグネトロン駆動電源部３２、載置皿駆動モータ３４およびインピーダンス可変手段の可変駆動モータ２３の動作を制御する信号を出力する。
【００３２】
なお、制御部３５は、装置本体に設けられた操作パネル（図示していない）上に配されたキーを押すことにより使用者が入力した情報に基づいて上述の各制御信号を出力させることもできる。
【００３３】
次に以上の構成からなる本発明の高周波加熱装置の動作と作用について説明する。まずマイクロ波空間１０内に生じさせるマイクロ波分布について説明する。マイクロ波空間１０には載置皿３３の略中央部の高周波電界が強くなるようなマイクロ波分布、例えばＴＥ５３０とかＴＥ４３０を発生させるように構成している。ここでＴＥは高周波電界がマイクロ波の伝搬方向に対して垂直方向に生じるマイクロ波分布のモードを示し、添え字の数値はそれぞれマイクロ波の伝搬方向である図１においては右側壁面１１と左側壁面１２との間に生じる定在波の山の数、マイクロ波の伝搬方向に垂直でかつ図１において奥壁面１３と前面開閉壁面との間に生じる定在波の山の数および底壁面１５と上部壁面１４との間に生じる定在波の山の数（上記添え字の場合、零であるから高周波電界は一様）を示す。
【００３４】
次に開孔部１６について説明する。開孔部１６はマイクロ波空間１０内に生じさせたマイクロ波分布によって生じる金属境界部である各金属壁面を流れる高周波電流の流れを分断する方向に長大な略矩形形状にて構成している。図１の場合、給電部３１に対向する左側壁面１２に配設している。開孔部１６のインピーダンスを零にすると高周波電流の流れは分断されないのでマイクロ波空間１０内に生じさせたマイクロ波分布は何ら変化しない。一方、開孔部１６のインピーダンスを無限大にすることで高周波電流が流れなくなるのでマイクロ波空間１０内に生じさせたマイクロ波分布は初期の分布から変化する。また、開孔部１６におけるマイクロ波の入射波と反射波との位相差は、開孔部のインピーダンスが零の場合１８０度であり、開孔部のインピーダンスが無限大の場合０度となる。従って開孔部のインピーダンスを変えることでマイクロ波空間内に生じるマイクロ波は多重伝搬し、さまざまなマイクロ波分布を形成させることができ、マイクロ波空間１０内に載置された被加熱物の加熱分布を変化させて被加熱物をより均一に加熱させることができる。
【００３５】
次にインピーダンス可変手段２０を含む溝部１７について説明する。この溝部１７の実施例の形状としては、Ｌ１が４０mm、Ｌ３が１５mm、Ｌ４が８０mmであり開孔部１６側の溝板１８は略４５度のテーパ形状としている。また、インピーダンス可変手段２０は、比誘電率が１２．３、板厚さが６．２mmであり、溝部１７の略中央に配設している。
【００３６】
このような構成からなるインピーダンス可変手段２０を含む溝部１７内に生じるマイクロ波分布を図３に示す。図３において、実線３６はインピーダンス可変手段の幅広面２０
ａを溝部１７の深さ方向に対して垂直に設けた時のマイクロ波分布を示し、開孔部１６に生じさせるインピーダンスを極めて小さい値（理想的には零）としている。また、インピーダンス可変手段の幅広面２０ａを溝部１７の深さ方向に対して平行に設けた場合のマイクロ波分布を破線３７にて示す。この場合、開孔部１６に生じるインピーダンスは極めて大きな値（理想的には無限大）としている。
【００３７】
次にマイクロ波検出手段２７、２８について説明する。マイクロ波検出手段２７、２８は、図３に示すようにインピーダンス可変手段２０を挟んで等距離（例えば１０mm）に配設している。この配設構成による検出信号の特性を溝部１７内に生じるマイクロ波分布３６、３７に対応させて説明する。マイクロ波分布３６に対しては、２つのマイクロ波検出手段が検出する検出信号は等しくなる。一方、マイクロ波分布３７に対しては、インピーダンス可変手段２０と溝部１７の終端である薄板１９との間に設けたマイクロ波検出手段２８の方がもう一方のマイクロ波検出手段２７に比べて検出信号が小さくなる。さらには、マイクロ波分布３７に対応するマイクロ波検出手段２８の検出信号がマイクロ波分布３６に対応するマイクロ波検出手段２８の検出信号より大きい場合、溝部１７内に存在するマイクロ波のエネルギ量が多いと判断できる。このような各マイクロ波検出手段の検出信号に基づいて後述のインピーダンス可変手段２０を回転駆動させる制御が実行される。
【００３８】
次に本装置の使用時の動作について説明する。載置皿３３の上に被加熱物を置きマイクロ波空間１０を閉じた後、その被加熱物に対応する加熱条件を操作パネルから入力し加熱開始キーが押されると本装置が動作を開始する。
【００３９】
制御部３５の主要な制御内容を、加熱開始時、加熱期間中に区分して説明する。まず加熱開始時における制御部３５の制御内容を説明する。制御部３５は操作パネルより入力された加熱条件に基づいて、マグネトロン駆動電源部３２およびインピーダンス可変手段２０を回転駆動するモータ２３を動作させる信号を出力する。
【００４０】
加熱開始時においてインピーダンス可変手段の幅広面２０ａは溝部１７の深さ方向に対して垂直方向（図２に示した状態）になった状態を初期状態と規定している。この規定に対して、インピーダンス可変手段２０の状態検出は二通りの手法にて実行される。１つは、前回の加熱の終了時における制御であり、支持角度判定手段２５に設けた突起部２５ｂによってリレースイッチ２６の接点が閉じられたことを判定してモータ２３の駆動電力の供給を停止させる方法である。この方法においては、インピーダンス可変手段２０を回転駆動するモータ２３は連続的に一方向に回転させ突起部２５ａ、２５ｂの配設構成に伴うリレースイッチ２６の開閉状態信号に基づいてインピーダンス可変手段２０の幅広面２０ａが上述のとおりの垂直方向になった時点でモータ２３の動作を停止させる。二つ目の手法は、加熱開始後のマイクロ波検出手段２７、２８の検出信号に基づく制御である。この方法においては、モータ２３を連続駆動させ、マイクロ波検出手段２７、２８の検出信号が等しい状態をもって規定する。
【００４１】
次に加熱期間中の制御部３５の制御内容について説明する。マグネトロン２９および載置皿駆動モータ３４の駆動制御は入力された制御条件に基づいて実行される。インピーダンス可変手段２０は、入力された制御条件あるいはマイクロ波検出手段２７、２８の検出信号に基づいて以下のように制御する。なお、制御部３５にはマイクロ波検出手段の検出信号と比較するために予め規定した信号値を記憶させている。
【００４２】
（制御実施例１）
マイクロ波検出手段の検出信号が予め規定した信号レベルよりも大きい場合は、開孔部１６が金属壁面に生じた高周波電流を少なからず分断している、すなわちマイクロ波空間１０内に所期のマイクロ波分布が生じていないと判断しマイクロ波空間内に載置された被
加熱物の負荷量が多いと判定する。この判定に基づいて、制御部はインピーダンス可変手段２０を回転駆動するモータ２３を連続的に動作させる。
【００４３】
モータ２３の動作により、開孔部１６のインピーダンスを周期的に無限大にする。これにより、開孔部１６を介してマイクロ波空間１０の左側金属壁面１２を流れる高周波電流はその流れが周期的に分断される。この高周波電流の分布はマイクロ波空間１０内に生じるマイクロ波分布に対応しているので、高周波電流の流れを分断することでマイクロ波空間１０内に生じるマイクロ波分布を周期的に可変させることができる。このマイクロ波分布の可変により、被加熱物の加熱を均一化させることができる。
【００４４】
（制御実施例２）
マイクロ波検出信号の検出信号が予め規定した信号レベル以下の場合は、マイクロ波空間１０内に生じているマイクロ波分布が所期のマイクロ波分布であると判定する。この場合、加熱開始時はインピーダンス可変手段２０を回転駆動せず使用者から入力された加熱条件に基づいて加熱を進行させる。この加熱期間において、制御部３５は所定時間周期（例えば１秒周期）にてマイクロ波検出手段２７、２８の検出信号を予め規定した信号レベルと比較する。この比較において、検出信号が予め規定した信号レベルより大きくなると、マイクロ波空間１０内に生じているマイクロ波分布が変化したと判定してインピーダンス可変手段２０の回転駆動モータ２３を動作させ開孔部１６のインピーダンスを可変しマイクロ波空間１０内のマイクロ波分布を周期的に可変し被加熱物の加熱の均一化を促進させる。なお、時間経過に伴って溝部１７内のマイクロ波強度が変化するのは被加熱物が誘電加熱されることで温度上昇し被加熱物の比誘電率が変化するためである。
【００４５】
（制御実施例３）
マイクロ波検出手段の検出信号が予め規定した信号レベル以下の場合において、インピーダンス可変手段の幅広面２０ａを溝部１７の深さ方向に平行になる状態にインピーダンス可変手段２０を回転させる。そして、この状態においてマイクロ波検出手段２７、２８から検出した検出信号をインピーダンス可変手段の幅広面２０ａが溝部１７の深さ方向に垂直な状態において検出された信号と比較する。インピーダンス可変手段２０と溝部１７の終端の溝板１９との間に設けたマイクロ波検出手段２８によって検出された信号において、インピーダンス可変手段の幅広面２０ａが水平時の得られた検出信号が垂直時に得られた検出信号よりも大きい場合、マイクロ波空間１０内に供給されるマイクロ波エネルギが多くなったと判断してインピーダンス可変手段の幅広面２０ａを水平状態にして加熱を進行させる。
【００４６】
これにより、被加熱物の加熱を均一化させるとともに高速誘電加熱を促進させることができる。
【００４７】
次に、インピーダンス可変手段２０の回転駆動用のモータ２３をステッピングモータ構成とした場合について説明する。この場合、支持角度判定手段２５は不用とできる。また、インピーダンス可変手段の幅広面２０ａを溝部１７の深さ方向に対して規定できる角度の自由度が増すため、開孔部１６のインピーダンスをきめ細やかに設定することができる。これにより、マイクロ波空間１０内に生じさせるマイクロ波分布をよりきめ細やかに変化させることができ、被加熱物の加熱の均一化をさらに促進させることができる。
【００４８】
なお、ステッピングモータを使用した場合の本装置の動作制御内容は、前述した制御内容に準じて実行させる。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば以下の効果を有する。
【００５０】
（１）請求項１の高周波加熱装置によれば、インピーダンス可変手段を可変制御することで開孔部に生じる高周波電流の流れを変えてマイクロ波空間内にマイクロ波を多重伝搬させ、さまざまなマイクロ波分布を形成させることができ、被加熱物全体の加熱の均一化を促進させることができる。
【００５１】
また、インピーダンス可変手段を回転制御させることで開孔部のインピーダンス値を特定化させたり周期的に変化させたりして制御性を高めることができ、被加熱物の加熱の促進を図ることができる。また、マイクロ波検出手段の検出信号に基づいてインピーダンス可変手段の回転角度を制御し被加熱物の種類、量、形状に対して最適な状態のマイクロ波伝搬をマイクロ波空間内に形成して被加熱物を均一に加熱させることができる。
【００５２】
（２）請求項２の高周波加熱装置によれば、開孔部とインピーダンス可変手段との間に配設したマイクロ波検出手段の検出信号により、インピーダンス可変手段の回転状態を判別できるとともにマイクロ波空間へのマイクロ波エネルギの供給量の状態を検出でき、この検出信号に基づいて被加熱物を最適なマイクロ波分布にて誘電加熱させることができる。
【００５３】
（３）請求項３の高周波加熱装置によれば、マイクロ波検出手段をインピーダンス可変手段を挟んで両側に配設したことにより、インピーダンス可変手段の両側のマイクロ波エネルギを検出して開孔部のインピーダンス値を判定できる。また、マイクロ波空間へのマイクロ波エネルギ量を増加させるようにインピーダンス可変手段を制御でき、被加熱物を均一でかつ高速に誘電加熱させることができる。
【００５４】
（４）請求項４の高周波加熱装置によれば、インピーダンス可変手段は溝部内にて回転可能に支持した板状構成とし、板面の支持角度を判定する支持角度判定手段を備えたことにより、板状構成のインピーダンス可変手段を回転駆動させることで開孔部のインピーダンス可変を容易に制御できるとともに、支持角度判定手段により回転角度を規定させることができるので開孔部のインピーダンス値を特定化させてマイクロ波空間内のマイクロ波伝搬を特定化させ、被加熱物の種類、量あるいは形状に対応させて最適な加熱の均一化を実現させることができる。
【００５５】
（５）請求項５の高周波加熱装置によれば、支持角度判定手段がインピーダンス可変手段を構成する板の幅広面が溝部の深さ方向に対して平行または垂直になる状態を検出判定する機能を有したことにより、開孔部のインピーダンス値を極めて小さい値（理想的には零）にするインピーダンス可変手段の支持角度を板の幅広面が開孔部に対して平行または垂直の時に生じさせるように規定させることができる。これにより、開孔部のインピーダンス値のリセット状態を規定し、再現性の良い装置を提供できる。また、幅広面を平行または垂直に変えることで開孔部のインピーダンス値を極めて小さい値と極めて大きな値（理想的には無限大）に可変できる。この操作によりマイクロ波空間のインピーダンスが変化するのでマイクロ波空間へのマイクロ波エネルギの供給量を可変させることができる。このマイクロ波エネルギ可変は通常供給量が多くなるように制御することで被加熱物を高速加熱させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例を示す高周波加熱装置の構成図
【図２】 同高周波加熱装置の要部構成図
【図３】 本発明の実施例１のインピーダンス可変手段を含む溝部におけるマイクロ波分布特性図
【符号の説明】
１０ マイクロ波空間
１６ 開孔部
１７ 溝部
１９ 溝部の終端の溝板
２０ インピーダンス可変手段
２０ａ インピーダンス可変手段の幅広面
２３ モータ（ステッピングモータ）
２５ 支持角度判定手段
２７、２８ マイクロ波検出手段
３５ 制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波エネルギを用いて被加熱物を誘電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】
従来の高周波加熱装置のマイクロ波空間は、マイクロ波空間内に収納された被加熱物の
加熱の均一化を図る手段として、電波攪拌方式、被加熱物回転方式、複数給電方式あるいはマイクロ波空間壁面の凹凸形状などが実用化されている。
【０００３】
電波攪拌方式は、マイクロ波空間内に設けた金属性の板状羽根を回転駆動させる構成からなる。この方式は、マイクロ波空間を形成する金属境界面や被加熱物の表面で反射を繰り返しながら伝搬しているマイクロ波が金属性の板状羽根によっても反射する。この金属性の板状羽根からのマイクロ波の反射は、板状羽根が無い場合と比べて、マイクロ波空間内でのマイクロ波の伝搬経路を増加させるものであり、被加熱物全体にマイクロ波を乱反射させて被加熱物の加熱の均一化を促進させるものである。
【０００４】
被加熱物回転方式は、被加熱物を載置する載置皿を回転駆動させる構成からなる。この方式では、マイクロ波空間構造とその内部に収納した被加熱物の種類や形状等により決定されたマイクロ波空間内に生じるマイクロ波の伝搬分布に対して、被加熱物の方を移動させ被加熱物全体にマイクロ波を伝搬させ被加熱物の加熱の均一化を促進させるものである。
【０００５】
複数給電方式は、マイクロ波空間を形成する金属境界面の複数の個所からマイクロ波空間内にマイクロ波を給電する構成からなる。この方式は、単一の給電と比べて最も大きな特徴は、位相の異なった複数のマイクロ波がマイクロ波空間内に給電されることである。マイクロ波空間内に位相の異なるマイクロ波を伝搬させることにより、上記電波攪拌方式と同様にマイクロ波空間内にマイクロ波の乱反射状態を生じさせるものである。
【０００６】
マイクロ波空間壁面の凹凸形状方式は、マイクロ波空間を形成する金属境界面に凹凸を設けた構成からなる。この方式は、凹凸を有する金属境界面によってマイクロ波を乱反射させるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電波攪拌方式のマイクロ波空間は、金属性板状羽根によって反射されるマイクロ波をマイクロ波空間内に均一に乱反射させることに物理的限界がある。これは、マイクロ波の伝搬速度に対して、金属性板状羽根の回転速度があまりに遅いことによるものであり、金属性板状羽根の回転速度を制御したとしても被加熱物全体に均一にマイクロ波を伝搬させることは非常に難しい。従って、被加熱物の種類や量によっては、不測の不均一な加熱分布が生じることを抑制することが難しいという問題を有していた。
【０００８】
また、被加熱物回転方式は、被加熱物の種類や量によってマイクロ波空間内に生じるマイクロ波分布は自ずと決まってしまうため、一つの被加熱物に対応して生じたマイクロ波分布がその被加熱物を均一に加熱することに対して不適であってもその電磁波分布を変更することができないという問題を有していた。
【０００９】
複数給電方式は、理想的な挙動としては前述したとおりであるが、一つの給電部から放射されるマイクロ波の挙動が他の給電部から放射されたマイクロ波からの影響を受ける。このため、給電部が複数個あっても、その複数の給電構成によって決定される特定のマイクロ波伝搬がマイクロ波空間内に生じるので、被加熱物の種類や量によっては、不測の不均一な加熱分布が生じることを抑制することが難しいという問題を有していた。
【００１０】
さらに、マイクロ波空間壁面の凹凸形状構造は被加熱物の加熱の均一化を促進できうる乱反射をマイクロ波空間内に生じさせるには、壁面全体にいわゆるゴルフボールのディンプルのような凹凸を配するとともにそのディンプルの深さ寸法あるいは突出寸法を使用するマイクロ波の波長に対して無視できない寸法、例えば１／１０波長寸法以上、にすることが必要である。この結果、マイクロ波空間の構成が複雑となり実用性に難しい構成を強
いられるという問題を有していた。
【００１１】
本発明は、マイクロ波空間に生じる電磁波分布を故意に可変制御し、被加熱物の加熱の均一化を促進する高周波加熱装置を提供するものである。
【００１２】
【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、被加熱物を収納するとともに給電されたマイクロ波を実質的に閉じ込めるマイクロ波空間と、前記マイクロ波空間を形成する金属壁面に生じる高周波電流の流れを分断するように設けた開孔部と、前記開孔部に接続され終端が閉じられた溝部と、前記溝部内に設け前記開孔部におけるインピーダンスを変えるインピーダンス可変手段と、前記溝部内のマイクロ波強度を検出するマイクロ波検出手段とを備え、前記インピーダンス可変手段を低誘電損失材料からなる板状構造としその板の幅広面が溝部の深さ方向に対して垂直に設けた時に開孔部に生じるインピーダンスを極めて小さい値とし、幅広面を溝部の深さ方向に対して平行に設けた時に開孔部に生じるインピーダンスを極めて大きな値とするように作用させ、前記マイクロ波検出手段の検出信号に基づいて前記インピーダンス可変手段の板の幅広面が溝部の深さ方向に対して少なくとも平行または垂直になるように回転制御する制御部とを備えている。
【００１３】
上記発明によれば、マイクロ波空間に給電されたマイクロ波によりマイクロ波空間を形成する壁面に生じる高周波電流の流れは開孔部によって流れが分断されるので、マイクロ波は開孔部に接続した溝部内へ伝搬する。溝部を伝搬するマイクロ波は溝部の終端まで伝搬し、この終端で反射して再び開孔部を経てマイクロ波空間内を伝搬する。溝部内のマイクロ波伝搬経路の途中に設けたインピーダンス可変手段は、溝部内のマイクロ波伝搬条件を変化させる。このマイクロ波伝搬条件を変化させることで開孔部に生じるインピーダンス値を零から理想的には無限大まで変えることができる。この開孔部は高周波電流の流れを分断するように設けられており、開孔部のインピーダンスを零にすると、高周波電流の流れは分断されない。一方、開孔部のインピーダンスを無限大にすると高周波電流は全く流れなくなる。開孔部のインピーダンスの変化は、マイクロ波空間に生じうるマイクロ波分布を変化させる。また、開孔部に入射するマイクロ波の入射波と反射波との位相差は、開孔部のインピーダンスが零の場合１８０度であり、開孔部のインピーダンスが無限大の場合０度となる。従って開孔部のインピーダンスを変えることでマイクロ波空間内にマイクロ波を多重伝搬させ、さまざまなマイクロ波分布を形成させることができ、被加熱物全体の加熱の均一化を促進させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１の高周波加熱装置は、被加熱物を収納するとともに給電されたマイクロ波を実質的に閉じ込めるマイクロ波空間と、前記マイクロ波空間を形成する金属壁面に生じる高周波電流の流れを分断するように設けた開孔部と、前記開孔部に接続され終端が閉じられた溝部と、前記溝部内に設け前記開孔部におけるインピーダンスを変えるインピーダンス可変手段と、前記溝部内のマイクロ波強度を検出するマイクロ波検出手段とを備え、前記インピーダンス可変手段を低誘電損失材料からなる板状構造としその板の幅広面が溝部の深さ方向に対して垂直に設けた時に開孔部に生じるインピーダンスを極めて小さい値とし、幅広面を溝部の深さ方向に対して平行に設けた時に開孔部に生じるインピーダンスを極めて大きな値とするように作用させ、前記マイクロ波検出手段の検出信号に基づいて前記インピーダンス可変手段の板の幅広面が溝部の深さ方向に対して少なくとも平行または垂直になるように回転制御部とを備えている。
【００１５】
そして、マイクロ波空間に給電されたマイクロ波によりマイクロ波空間を形成する壁面に生じる高周波電流の流れは開孔部によって流れが分断されるので、マイクロ波は開孔部に接続した溝部内へ伝搬する。溝部を伝搬するマイクロ波は溝部の終端まで伝搬し、この
終端で反射して再び開孔部を経てマイクロ波空間内を伝搬する。溝部内のマイクロ波伝搬経路の途中に設けたインピーダンス可変手段は、溝部内のマイクロ波伝搬条件を変化させる。このマイクロ波伝搬条件を変化させることで開孔部に生じるインピーダンス値を零から理想的には無限大まで変えることができる。この開孔部は高周波電流の流れを分断するように設けられており、開孔部のインピーダンスを零にすると、高周波電流の流れは分断されない。
【００１６】
一方、開孔部のインピーダンスを無限大にすると高周波電流は全く流れなくなる。開孔部のインピーダンスの変化は、マイクロ波空間に生じうるマイクロ波分布を変化させる。また、開孔部に入射するマイクロ波の入射波と反射波との位相差は、開孔部のインピーダンスが零の場合１８０度であり、開孔部のインピーダンスが無限大の場合０度となる。従って開孔部のインピーダンスを変えることでマイクロ波空間内にマイクロ波を多重伝搬させ、さまざまなマイクロ波分布を形成させることができ、被加熱物全体の加熱の均一化を促進させることができる。
【００１７】
また、制御部により、インピーダンス可変手段を回転制御させている。これにより、開孔部のインピーダンスの可変値を特定化させたり周期的に変化させたりして制御性を高めることができ、被加熱物の加熱の促進を図ることができる。また、制御部は、本装置使用者からの手動制御信号入力に基づいてインピーダンス可変手段を所定の角度に支持させるように制御する。加熱進行に伴って溝部内に配設したマイクロ波検出手段の検出信号に基づいてインピーダンス可変手段の回転角度を制御し被加熱物の種類、量、形状に対して最適な状態のマイクロ波伝搬をマイクロ波空間内に形成して被加熱物を均一に加熱させることができる。
【００１８】
また請求項２の高周波加熱装置は、マイクロ波検出手段は開孔部とインピーダンス可変手段との間に配設している。そして、マイクロ波検出手段は、開孔部から溝部内に伝搬するマイクロ波のエネルギを検出する。これにより、インピーダンス可変手段の回転状態を判別できるとともにマイクロ波空間へのマイクロ波エネルギの供給量の状態を検出でき、この検出信号に基づいてインピーダンス可変手段を制御して被加熱物を最適なマイクロ波分布にて均一に誘電加熱させることができる。
【００１９】
また、請求項３の高周波加熱装置では、マイクロ波検出手段はインピーダンス可変手段を挟んで両側に配設している。これにより、インピーダンス可変手段の両側のマイクロ波エネルギを検出して開孔部のインピーダンス値を判定できる。
【００２０】
また開孔部のインピーダンス値を可変させてマイクロ波空間へのマイクロ波エネルギ量を増加させるようにインピーダンス可変手段を制御でき、被加熱物を均一でかつ高速に誘電加熱させることができる。
【００２１】
また、請求項４の高周波加熱装置では、インピーダンス可変手段は、溝部内にて回転可能に支持した板状構成とし、板面の支持角度を判定する支持角度判定手段を備えている。これにより、板状構成のインピーダンス可変手段を回転駆動させることで開孔部のインピーダンス可変を容易に制御できるとともに、支持角度判定手段により回転角度を規定させることができるので開孔部のインピーダンス値を特定化させてマイクロ波空間内のマイクロ波伝搬を特定化させ、被加熱物の種類、量あるいは形状に対応させて最適な加熱の均一化を実現させることができる。
【００２２】
また、請求項５の高周波加熱装置では、支持角度判定手段は、インピーダンス可変手段を構成する板の幅広面が溝部の深さ方向に対して少なくとも平行または垂直になる状態を検出判定する機能を有している。そして、開孔部のインピーダンス値を極めて小さい値（
理想的には零）にするインピーダンス可変手段の支持角度を板の幅広面が開孔部に対して平行または垂直の時に生じさせるように規定させている。これにより、開孔部のインピーダンス値のリセット状態を規定し、再現性の良い装置を提供できる。また、幅広面を平行または垂直に変えることで開孔部のインピーダンス値を極めて小さい値と極めて大きな値（理想的には無限大）に可変できる。この操作によりマイクロ波空間のインピーダンスが変化するのでマイクロ波空間へのマイクロ波エネルギの供給量を可変させることができる。このマイクロ波エネルギ可変は通常供給量が多くなるように制御することで被加熱物を高速加熱させることができる。
【００２３】
【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。
【００２４】
図１は本発明の実施例１を示す高周波加熱装置の構成図、図２は図１の要部断面構成図である。
【００２５】
図１および図２において、マイクロ波空間１０は金属材料から構成された金属境界部である右側壁面１１、左側壁面１２、奥壁面１３、上部壁面１４、底部壁面１５及び被加熱物をマイクロ波空間１０内に出し入れする開閉壁面である前面開閉壁面（図示していない）とにより略直方体形状に構成され、給電されたマイクロ波をその内部に実質的に閉じ込めるように形成している。１６は左側壁面１２に形成した開孔部であり、左側壁面１２の上下方向の略中央部に配設し略矩形の孔形状としている。１７は溝部であり、開孔部１６と空間的に連続して形成している。溝部１７は、マイクロ波空間１０の外側に設けられ、開孔部１６を覆う金属材料からなる溝板１８で構成されている。この溝板１８により、所定の溝深さ寸法Ｌ１とともに開孔部１６の開孔寸法Ｌ２とほぼ同等の間隙寸法Ｌ３を有する溝部１７が形成されている。開孔部１６は溝部１７の一端に配置され、溝部の終端は溝板１９により閉じられている。
【００２６】
また、溝部１７内にはインピーダンス可変手段２０が設けられている。このインピーダンス可変手段２０は低誘電損失材料からなる板状構造からなり、その両端に溝板１８の壁面に設けた孔を貫通させる支持部２１、２２を設けている。支持部２１、２２により、インピーダンス可変手段２０は溝板１８の壁面にて支持されている。２３はインピーダンス可変手段２０を回転駆動するモータであり、その出力軸２４はインピーダンス可変手段２０の支持部２２と連結構成させている。支持部２２の先端部にはＤカット２２ａを設けている。
【００２７】
２５は、モータ２３の出力軸２４と一体的に構成した支持角度判定手段である。支持角度判定手段２５は、インピーダンス可変手段の幅広面２０ａと幅狭面２０ｂとに対応する位置に突起部２５ａ、２５ｂ（図においては２箇所に配設）をそれぞれ配した円盤状構成からなる。２６はリレースイッチであり、支持角度判定手段２５の回転動作に伴って突起部２５ａ、２５ｂによりリレースイッチ２６のリレー接点が閉じられるように実装されている。
【００２８】
２７、２８は溝部１７内に存在するマイクロ波と結合してそのマイクロ波強度を検出するマイクロ波検出手段である。マイクロ波検出手段２７は、溝部１７において開孔部１６とインピーダンス変換手段２０との間に配設し、もう一方のマイクロ波検出手段２８はインピーダンス可変手段２０と溝部１７の終端である溝板１９との間に配設している。マイクロ波検出手段２７、２８は同様の構成からなる。その詳細はマイクロ波検出手段２７を代表として説明する。マイクロ波検出手段２７は、同軸ケーブルから構成しその中心導体２７ａは溝板１８を貫通させて溝部１７内に略２mmから５mm突出させた構成している。マイクロ波検出手段の検出信号は検波、平滑して直流電圧の信号に変換する。
【００２９】
２９はマイクロ波空間１０内に給電するマイクロ波を発生させるマグネトロン、３０はマグネトロン２９を一端側に装着し、マグネトロンが発生するマイクロ波を伝送する導波管、３１は導波管３０を伝送したマイクロ波をマイクロ波空間１０内に放射する給電部であり、マイクロ波空間１０の右側壁面１１に配設している。３２はマグネトロン２９を駆動させるマグネトロン駆動電源部である。
【００３０】
またマイクロ波空間１０内には被加熱物が載置される載置皿３３が設けられ、この載置皿３３を回転駆動する載置皿駆動モータ３４が設けられている。
【００３１】
３５は制御部であり、マイクロ波検出手段２７、２８が検出した信号および支持角度判定手段２５の回転に伴って生じるリレースイッチ２６のスイッチ部開閉状態がそれぞれ入力され、この入力信号に基づいて後述の制御信号を出力する。また制御部３５はマグネトロン駆動電源部３２、載置皿駆動モータ３４およびインピーダンス可変手段の可変駆動モータ２３の動作を制御する信号を出力する。
【００３２】
なお、制御部３５は、装置本体に設けられた操作パネル（図示していない）上に配されたキーを押すことにより使用者が入力した情報に基づいて上述の各制御信号を出力させることもできる。
【００３３】
次に以上の構成からなる本発明の高周波加熱装置の動作と作用について説明する。まずマイクロ波空間１０内に生じさせるマイクロ波分布について説明する。マイクロ波空間１０には載置皿３３の略中央部の高周波電界が強くなるようなマイクロ波分布、例えばＴＥ５３０とかＴＥ４３０を発生させるように構成している。ここでＴＥは高周波電界がマイクロ波の伝搬方向に対して垂直方向に生じるマイクロ波分布のモードを示し、添え字の数値はそれぞれマイクロ波の伝搬方向である図１においては右側壁面１１と左側壁面１２との間に生じる定在波の山の数、マイクロ波の伝搬方向に垂直でかつ図１において奥壁面１３と前面開閉壁面との間に生じる定在波の山の数および底壁面１５と上部壁面１４との間に生じる定在波の山の数（上記添え字の場合、零であるから高周波電界は一様）を示す。
【００３４】
次に開孔部１６について説明する。開孔部１６はマイクロ波空間１０内に生じさせたマイクロ波分布によって生じる金属境界部である各金属壁面を流れる高周波電流の流れを分断する方向に長大な略矩形形状にて構成している。図１の場合、給電部３１に対向する左側壁面１２に配設している。開孔部１６のインピーダンスを零にすると高周波電流の流れは分断されないのでマイクロ波空間１０内に生じさせたマイクロ波分布は何ら変化しない。一方、開孔部１６のインピーダンスを無限大にすることで高周波電流が流れなくなるのでマイクロ波空間１０内に生じさせたマイクロ波分布は初期の分布から変化する。また、開孔部１６におけるマイクロ波の入射波と反射波との位相差は、開孔部のインピーダンスが零の場合１８０度であり、開孔部のインピーダンスが無限大の場合０度となる。従って開孔部のインピーダンスを変えることでマイクロ波空間内に生じるマイクロ波は多重伝搬し、さまざまなマイクロ波分布を形成させることができ、マイクロ波空間１０内に載置された被加熱物の加熱分布を変化させて被加熱物をより均一に加熱させることができる。
【００３５】
次にインピーダンス可変手段２０を含む溝部１７について説明する。この溝部１７の実施例の形状としては、Ｌ１が４０mm、Ｌ３が１５mm、Ｌ４が８０mmであり開孔部１６側の溝板１８は略４５度のテーパ形状としている。また、インピーダンス可変手段２０は、比誘電率が１２．３、板厚さが６．２mmであり、溝部１７の略中央に配設している。
【００３６】
このような構成からなるインピーダンス可変手段２０を含む溝部１７内に生じるマイクロ波分布を図３に示す。図３において、実線３６はインピーダンス可変手段の幅広面２０
ａを溝部１７の深さ方向に対して垂直に設けた時のマイクロ波分布を示し、開孔部１６に生じさせるインピーダンスを極めて小さい値（理想的には零）としている。また、インピーダンス可変手段の幅広面２０ａを溝部１７の深さ方向に対して平行に設けた場合のマイクロ波分布を破線３７にて示す。この場合、開孔部１６に生じるインピーダンスは極めて大きな値（理想的には無限大）としている。
【００３７】
次にマイクロ波検出手段２７、２８について説明する。マイクロ波検出手段２７、２８は、図３に示すようにインピーダンス可変手段２０を挟んで等距離（例えば１０mm）に配設している。この配設構成による検出信号の特性を溝部１７内に生じるマイクロ波分布３６、３７に対応させて説明する。マイクロ波分布３６に対しては、２つのマイクロ波検出手段が検出する検出信号は等しくなる。一方、マイクロ波分布３７に対しては、インピーダンス可変手段２０と溝部１７の終端である薄板１９との間に設けたマイクロ波検出手段２８の方がもう一方のマイクロ波検出手段２７に比べて検出信号が小さくなる。さらには、マイクロ波分布３７に対応するマイクロ波検出手段２８の検出信号がマイクロ波分布３６に対応するマイクロ波検出手段２８の検出信号より大きい場合、溝部１７内に存在するマイクロ波のエネルギ量が多いと判断できる。このような各マイクロ波検出手段の検出信号に基づいて後述のインピーダンス可変手段２０を回転駆動させる制御が実行される。
【００３８】
次に本装置の使用時の動作について説明する。載置皿３３の上に被加熱物を置きマイクロ波空間１０を閉じた後、その被加熱物に対応する加熱条件を操作パネルから入力し加熱開始キーが押されると本装置が動作を開始する。
【００３９】
制御部３５の主要な制御内容を、加熱開始時、加熱期間中に区分して説明する。まず加熱開始時における制御部３５の制御内容を説明する。制御部３５は操作パネルより入力された加熱条件に基づいて、マグネトロン駆動電源部３２およびインピーダンス可変手段２０を回転駆動するモータ２３を動作させる信号を出力する。
【００４０】
加熱開始時においてインピーダンス可変手段の幅広面２０ａは溝部１７の深さ方向に対して垂直方向（図２に示した状態）になった状態を初期状態と規定している。この規定に対して、インピーダンス可変手段２０の状態検出は二通りの手法にて実行される。１つは、前回の加熱の終了時における制御であり、支持角度判定手段２５に設けた突起部２５ｂによってリレースイッチ２６の接点が閉じられたことを判定してモータ２３の駆動電力の供給を停止させる方法である。この方法においては、インピーダンス可変手段２０を回転駆動するモータ２３は連続的に一方向に回転させ突起部２５ａ、２５ｂの配設構成に伴うリレースイッチ２６の開閉状態信号に基づいてインピーダンス可変手段２０の幅広面２０ａが上述のとおりの垂直方向になった時点でモータ２３の動作を停止させる。二つ目の手法は、加熱開始後のマイクロ波検出手段２７、２８の検出信号に基づく制御である。この方法においては、モータ２３を連続駆動させ、マイクロ波検出手段２７、２８の検出信号が等しい状態をもって規定する。
【００４１】
次に加熱期間中の制御部３５の制御内容について説明する。マグネトロン２９および載置皿駆動モータ３４の駆動制御は入力された制御条件に基づいて実行される。インピーダンス可変手段２０は、入力された制御条件あるいはマイクロ波検出手段２７、２８の検出信号に基づいて以下のように制御する。なお、制御部３５にはマイクロ波検出手段の検出信号と比較するために予め規定した信号値を記憶させている。
【００４２】
（制御実施例１）
マイクロ波検出手段の検出信号が予め規定した信号レベルよりも大きい場合は、開孔部１６が金属壁面に生じた高周波電流を少なからず分断している、すなわちマイクロ波空間１０内に所期のマイクロ波分布が生じていないと判断しマイクロ波空間内に載置された被
加熱物の負荷量が多いと判定する。この判定に基づいて、制御部はインピーダンス可変手段２０を回転駆動するモータ２３を連続的に動作させる。
【００４３】
モータ２３の動作により、開孔部１６のインピーダンスを周期的に無限大にする。これにより、開孔部１６を介してマイクロ波空間１０の左側金属壁面１２を流れる高周波電流はその流れが周期的に分断される。この高周波電流の分布はマイクロ波空間１０内に生じるマイクロ波分布に対応しているので、高周波電流の流れを分断することでマイクロ波空間１０内に生じるマイクロ波分布を周期的に可変させることができる。このマイクロ波分布の可変により、被加熱物の加熱を均一化させることができる。
【００４４】
（制御実施例２）
マイクロ波検出信号の検出信号が予め規定した信号レベル以下の場合は、マイクロ波空間１０内に生じているマイクロ波分布が所期のマイクロ波分布であると判定する。この場合、加熱開始時はインピーダンス可変手段２０を回転駆動せず使用者から入力された加熱条件に基づいて加熱を進行させる。この加熱期間において、制御部３５は所定時間周期（例えば１秒周期）にてマイクロ波検出手段２７、２８の検出信号を予め規定した信号レベルと比較する。この比較において、検出信号が予め規定した信号レベルより大きくなると、マイクロ波空間１０内に生じているマイクロ波分布が変化したと判定してインピーダンス可変手段２０の回転駆動モータ２３を動作させ開孔部１６のインピーダンスを可変しマイクロ波空間１０内のマイクロ波分布を周期的に可変し被加熱物の加熱の均一化を促進させる。なお、時間経過に伴って溝部１７内のマイクロ波強度が変化するのは被加熱物が誘電加熱されることで温度上昇し被加熱物の比誘電率が変化するためである。
【００４５】
（制御実施例３）
マイクロ波検出手段の検出信号が予め規定した信号レベル以下の場合において、インピーダンス可変手段の幅広面２０ａを溝部１７の深さ方向に平行になる状態にインピーダンス可変手段２０を回転させる。そして、この状態においてマイクロ波検出手段２７、２８から検出した検出信号をインピーダンス可変手段の幅広面２０ａが溝部１７の深さ方向に垂直な状態において検出された信号と比較する。インピーダンス可変手段２０と溝部１７の終端の溝板１９との間に設けたマイクロ波検出手段２８によって検出された信号において、インピーダンス可変手段の幅広面２０ａが水平時の得られた検出信号が垂直時に得られた検出信号よりも大きい場合、マイクロ波空間１０内に供給されるマイクロ波エネルギが多くなったと判断してインピーダンス可変手段の幅広面２０ａを水平状態にして加熱を進行させる。
【００４６】
これにより、被加熱物の加熱を均一化させるとともに高速誘電加熱を促進させることができる。
【００４７】
次に、インピーダンス可変手段２０の回転駆動用のモータ２３をステッピングモータ構成とした場合について説明する。この場合、支持角度判定手段２５は不用とできる。また、インピーダンス可変手段の幅広面２０ａを溝部１７の深さ方向に対して規定できる角度の自由度が増すため、開孔部１６のインピーダンスをきめ細やかに設定することができる。これにより、マイクロ波空間１０内に生じさせるマイクロ波分布をよりきめ細やかに変化させることができ、被加熱物の加熱の均一化をさらに促進させることができる。
【００４８】
なお、ステッピングモータを使用した場合の本装置の動作制御内容は、前述した制御内容に準じて実行させる。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば以下の効果を有する。
【００５０】
（１）請求項１の高周波加熱装置によれば、インピーダンス可変手段を可変制御することで開孔部に生じる高周波電流の流れを変えてマイクロ波空間内にマイクロ波を多重伝搬させ、さまざまなマイクロ波分布を形成させることができ、被加熱物全体の加熱の均一化を促進させることができる。
【００５１】
また、インピーダンス可変手段を回転制御させることで開孔部のインピーダンス値を特定化させたり周期的に変化させたりして制御性を高めることができ、被加熱物の加熱の促進を図ることができる。また、マイクロ波検出手段の検出信号に基づいてインピーダンス可変手段の回転角度を制御し被加熱物の種類、量、形状に対して最適な状態のマイクロ波伝搬をマイクロ波空間内に形成して被加熱物を均一に加熱させることができる。
【００５２】
（２）請求項２の高周波加熱装置によれば、開孔部とインピーダンス可変手段との間に配設したマイクロ波検出手段の検出信号により、インピーダンス可変手段の回転状態を判別できるとともにマイクロ波空間へのマイクロ波エネルギの供給量の状態を検出でき、この検出信号に基づいて被加熱物を最適なマイクロ波分布にて誘電加熱させることができる。
【００５３】
（３）請求項３の高周波加熱装置によれば、マイクロ波検出手段をインピーダンス可変手段を挟んで両側に配設したことにより、インピーダンス可変手段の両側のマイクロ波エネルギを検出して開孔部のインピーダンス値を判定できる。また、マイクロ波空間へのマイクロ波エネルギ量を増加させるようにインピーダンス可変手段を制御でき、被加熱物を均一でかつ高速に誘電加熱させることができる。
【００５４】
（４）請求項４の高周波加熱装置によれば、インピーダンス可変手段は溝部内にて回転可能に支持した板状構成とし、板面の支持角度を判定する支持角度判定手段を備えたことにより、板状構成のインピーダンス可変手段を回転駆動させることで開孔部のインピーダンス可変を容易に制御できるとともに、支持角度判定手段により回転角度を規定させることができるので開孔部のインピーダンス値を特定化させてマイクロ波空間内のマイクロ波伝搬を特定化させ、被加熱物の種類、量あるいは形状に対応させて最適な加熱の均一化を実現させることができる。
【００５５】
（５）請求項５の高周波加熱装置によれば、支持角度判定手段がインピーダンス可変手段を構成する板の幅広面が溝部の深さ方向に対して平行または垂直になる状態を検出判定する機能を有したことにより、開孔部のインピーダンス値を極めて小さい値（理想的には零）にするインピーダンス可変手段の支持角度を板の幅広面が開孔部に対して平行または垂直の時に生じさせるように規定させることができる。これにより、開孔部のインピーダンス値のリセット状態を規定し、再現性の良い装置を提供できる。また、幅広面を平行または垂直に変えることで開孔部のインピーダンス値を極めて小さい値と極めて大きな値（理想的には無限大）に可変できる。この操作によりマイクロ波空間のインピーダンスが変化するのでマイクロ波空間へのマイクロ波エネルギの供給量を可変させることができる。このマイクロ波エネルギ可変は通常供給量が多くなるように制御することで被加熱物を高速加熱させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例を示す高周波加熱装置の構成図
【図２】 同高周波加熱装置の要部構成図
【図３】 本発明の実施例１のインピーダンス可変手段を含む溝部におけるマイクロ波分布特性図
【符号の説明】
１０ マイクロ波空間
１６ 開孔部
１７ 溝部
１９ 溝部の終端の溝板
２０ インピーダンス可変手段
２０ａ インピーダンス可変手段の幅広面
２３ モータ（ステッピングモータ）
２５ 支持角度判定手段
２７、２８ マイクロ波検出手段
３５ 制御部
Claims (5)
- 被加熱物を収納するとともに給電されたマイクロ波を実質的に閉じ込めるマイクロ波空間と、前記マイクロ波空間を形成する金属壁面に生じる高周波電流の流れを分断するように設けた開孔部と、前記開孔部に接続され終端が閉じられた溝部と、前記溝部内に設け前記開孔部におけるインピーダンスを変えるインピーダンス可変手段と、前記溝部内のマイクロ波強度を検出するマイクロ波検出手段とを備え、前記インピーダンス可変手段を低誘電損失材料からなる板状構造としその板の幅広面が溝部の深さ方向に対して垂直に設けた時に開孔部に生じるインピーダンスを極めて小さい値とし、幅広面を溝部の深さ方向に対して平行に設けた時に開孔部に生じるインピーダンスを極めて大きな値とするように作用させ、前記マイクロ波検出手段の検出信号に基づいて前記インピーダンス可変手段の板の幅広面が溝部の深さ方向に対して少なくとも平行または垂直になるように回転制御する制御部とを備えた高周波加熱装置。
- マイクロ波検出手段は、開孔部とインピーダンス可変手段との間に配設した請求項１記載の高周波加熱装置。
- マイクロ波検出手段は、インピーダンス可変手段を挟んで両側に配設した請求項１記載の高周波加熱装置。
- インピーダンス可変手段は、溝部内にて回転可能に支持した板状構成とし、板面の支持角度を判定する支持角度判定手段を備えた請求項１記載の高周波加熱装置。
- 支持角度判定手段は、インピーダンス可変手段を構成する板の幅広面が溝部の深さ方向に対して少なくとも平行または垂直になる状態を検出判定する機能を有する請求項４記載の高周波加熱装置。
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