JP2007227134A - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷量によって負荷側のインピーダンスが大きく変化する場合においても、マグネトロン２側のインピーダンスと整合させて効率的に加熱する。
【解決手段】食品１３が少量負荷の場合にマグネトロン２側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるようにアンテナ６の位置を制御する第一の制御パターンと、食品１３が大量負荷の場合にマグネトロン２側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるようにアンテナ６の位置を制御する第二の制御パターンを有する構成としている。これによって、食品１３が少量負荷の場合には第一の制御パターンで効率的に加熱することができ、食品１３が大量負荷の場合には第二の制御パターンで効率的に加熱することができるので、アンテナ６の位置を制御するという簡単かつ安全な構成で、食品１３の量を変えても効率的に加熱することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加熱物をマイクロ波で加熱する加熱装置に関するものである。

代表的なマイクロ波加熱装置である電子レンジは、代表的な被加熱物である食品を直接的に加熱できるので、なべや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。また、電子レンジで食品を均一に加熱するために、かつては食品自体を回転させるターンテーブル方式が主流であったが、この場合は円形のターンテーブルを丁度収めるようにするには加熱室底面を略正方形に設計せざるを得なかった。ところが近年はより利便性を高めるために食器を複数個並べても加熱できるようにと横幅が広い加熱室形状の製品が実用化されている。これはターンテーブルではなく回転アンテナ方式と言われるもので、食品は動かさず、食品よりも下側でマイクロ波の方向を変更可能なアンテナを回転させることによって均一に加熱する構成である。

また電子レンジは、高周波ならではの特徴として、インピーダンスの整合状態によって加熱効率が変動するという特徴がある。代表的なマイクロ波発生手段であるマグネトロンから放射されるマイクロ波は、マグネトロン側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスが整合（一致）すれば最も効率よく放射されるのに対し、両者のインピーダンスがずれるとマグネトロン側に戻る量（反射量）が増えて負荷側に放射される量（入射量）が減り、加熱効率が低下することが知られている。マグネトロン側のインピーダンスは常に一定と考えて良いが、負荷側のインピーダンスは食品の重量、形状、材質、温度、置き場所、およびアンテナの位置などによって変化するため、両者のインピーダンスを常に整合させるのは難しい。

一般的には、電子レンジの高周波出力が水２リットルの温度上昇を元に算出することが規定されているため、水２リットル（＝２ｋｇ）でのインピーダンスが最も整合するように設計されている。その結果、水２リットルに近い分量の食品（大量負荷）を加熱するときは効率的に加熱できるが、たとえばコップ一杯の水（約０．２リットル＝２００ｇ）は１／１０の少量負荷であるため整合状態は悪くなる。一般的に電子レンジの使用頻度としては、大量負荷よりも少量負荷の方が使用頻度が格段に高く、全体の約９０％が２００ｇ以下の食品のあたために使用されていると推定している。よって使用頻度の高い少量負荷を効率的に加熱するほうが省エネにもつながると考えられる。

そこで、あらゆる食品に対して整合状態を最適にしようとするものとして、ターンテーブルタイプの電子レンジにおいて、導波管内のマイクロ波を直接検出する方向性結合器と、導波管内の停止位置によりインピーダンスを変化させる専用の整合アンテナを備えて、方向性結合器でマイクロ波の入射量と反射量の比を求め、整合アンテナの位置を反射が最も少なくなる位置へと制御するものがある（例えば特許文献１参照）。
特開平７−７８６８１号公報

しかしながら、前記従来の構成は、方向性結合器でマイクロ波を直接検出する構成や、専用の整合アンテナを設ける必要があり、部品が増えて構成が複雑になるとか価格アップにつながるものであった。また、方向性結合器に関しては、最も電界が強い導波管壁面に穴をあけてマイクロ波を引き出すことになり、外部へ漏洩させないシールド構成やノイズ低減のための構成も別途必要となる。また整合アンテナについても導波管内に配置されて
おり、いずれの角度においても整合アンテナと近接する導波管壁面との間でスパークを起こさないように信頼性を確保する必要がある。信頼性を高めるために導波管の高さを高くすることが考えられるが、この場合は全体の構成が大きくなってしまう課題があるし、あまりインピーダンスが変化しなくなる可能性もある。

また前記従来の構成はターンテーブル方式であり、近年の回転アンテナ方式でどのように実現していけば良いか具体的な方法が見出せていなかった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、回転アンテナ方式の簡単かつ安全な構成で、被加熱物の量を変えても効率的に加熱できるマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、前記マイクロ波発生手段により発生したマイクロ波を前記加熱室に導く導波管と、前記導波管から前記加熱室内に放射されるマイクロ波の方向を変更可能なアンテナと、前記アンテナの位置を制御してマイクロ波の方向を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、被加熱物が少量負荷の場合に前記マイクロ波発生手段側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるように前記アンテナの位置を制御する第一の制御パターンと、被加熱物が大量負荷の場合に前記マイクロ波発生手段側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるように前記アンテナの位置を制御する第二の制御パターンを有する構成としている。

これによって、被加熱物が少量負荷の場合には第一の制御パターンで効率的に加熱することができ、被加熱物が大量負荷の場合には第二の制御パターンで効率的に加熱することができるので、アンテナの位置を制御するという簡単かつ安全な構成で、被加熱物の量を変えても効率的に加熱することができる。

本発明のマイクロ波加熱装置によれば、被加熱物が少量負荷の場合には第一の制御パターンで効率的に加熱することができ、被加熱物が大量負荷の場合には第二の制御パターンで効率的に加熱することができるので、アンテナの位置を制御するという簡単かつ安全な構成で、被加熱物の量を変えても効率的に加熱することができる。

第１の発明のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、前記マイクロ波発生手段により発生したマイクロ波を前記加熱室に導く導波管と、前記導波管から前記加熱室内に放射されるマイクロ波の方向を変更可能なアンテナと、前記アンテナの位置を制御してマイクロ波の方向を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、被加熱物が少量負荷の場合に前記マイクロ波発生手段側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるように前記アンテナの位置を制御する第一の制御パターンと、被加熱物が大量負荷の場合に前記マイクロ波発生手段側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるように前記アンテナの位置を制御する第二の制御パターンを有する構成としている。

これによって、被加熱物が少量負荷の場合には第一の制御パターンで効率的に加熱することができ、被加熱物が大量負荷の場合には第二の制御パターンで効率的に加熱することができるので、アンテナの位置を制御するという簡単かつ安全な構成で、被加熱物の量を変えても効率的に加熱することができる。

第２の発明のマイクロ波加熱装置は、特に第１の発明において、制御手段は、第一の制御パターンで加熱した後に、第二の制御パターンで加熱するように制御する構成としている。

これによって、少量負荷は大量負荷よりも加熱時間が短いので、被加熱物が少量負荷か大量負荷かわからない場合でも、最初に少量負荷を効率的に加熱する第一の制御パターンで加熱を開始しておけば、使用頻度の高い少量負荷を確実に効率的に加熱することができる。一方、被加熱物が大量負荷だった場合、最初は効率の悪い加熱でスタートすることになるが、少量負荷の加熱が終わる頃のタイミングから大量負荷を効率的に加熱する第二の制御パターンに切り替えることにより、以降の時間を効率的に加熱することができるので、最後まで第一の制御パターンで加熱する場合よりも明らかに効率的に加熱することができる。

第３の発明のマイクロ波加熱装置は、特に第１または２の発明において、被加熱物の重量を検出する重量検出手段を有し、制御手段は、前記重量検出手段が検出した被加熱物の重量により制御パターンを切り替える構成としている。

これによって、被加熱物の重量が軽い場合は少量負荷とわかるので確実に第一の制御パターンで効率的に加熱することができ、重量が重い場合は大量負荷とわかるので確実に第二の制御パターンで効率的に加熱することができる。

第４の発明のマイクロ波加熱装置は、特に第１または２の発明において、被加熱物の形状を検出する形状検出手段を有し、制御手段は、前記形状検出手段が検出した被加熱物の形状により制御パターンを切り替える構成としている。

これによって、被加熱物の形状が小さい場合は概ね少量負荷とわかるので第一の制御パターンで効率的に加熱することができ、形状が大きい場合は概ね大量負荷とわかるので第二の制御パターンで効率的に加熱することができる。

第５の発明のマイクロ波加熱装置は、特に第１または２の発明において、被加熱物の温度を検出する温度検出手段を有し、制御手段は、前記温度検出手段が検出した被加熱物の温度により制御パターンを切り替える構成としている。

これによって、被加熱物の温度上昇が早い場合は概ね少量負荷とわかるので第一の制御パターンで効率的に加熱することができ、温度上昇が遅い場合は概ね大量負荷とわかるので第二の制御パターンで効率的に加熱することができる。

第６の発明のマイクロ波加熱装置は、特に第１の発明において、第一の制御パターンは、第二の制御パターンと比較して、被加熱物を載置する載置台の中央にマイクロ波を集中させる構成としている。

これによって、少量負荷は形状が小さいので載置台の中央付近に置かれる可能性が高く、第一の制御パターンで載置台の中央にマイクロ波を集中させることで効率的に加熱することができる。ちなみに大量負荷は形状が大きく、載置台の中央付近だけではなくて端のほうにまでまたがって置かれる可能性があるので、第二の制御パターンにおいては第一の制御パターンほどは中央にマイクロ波を集中させる必要が無い。

第７の発明のマイクロ波加熱装置は、特に第６の発明において、第一の制御パターンは、第二の制御パターンと比較して、アンテナを載置台の中央に近づける構成としている。

これによって、一般にアンテナ近傍から放射されるマイクロ波は周囲に拡散しようとするが、第一の制御パターンでアンテナを載置台の中央に近づけることでマイクロ波が拡散する前に確実に載置台の中央にマイクロ波を集中させることができる。この結果マイクロ波が拡散する前に載置台の中央に置かれた少量負荷にダイレクトに照射されて吸収されることになり、効率的に加熱することができる。

第８の発明のマイクロ波加熱装置は、特に第６の発明において、少なくとも二つのアンテナを加熱室底面の中心から見て略対称に配置し、第一の制御パターンは、第二の制御パターンと比較して、アンテナの指向性の強い部位が互いに向き合う構成としている。

これによって、第一の制御パターンによりそれぞれのアンテナから放射されるマイクロ波が加熱室の底面中央に向かうことになり、載置台の中央にマイクロ波を集中させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１から図３は本発明に係る代表的なマイクロ波加熱装置である電子レンジの構成図で、図１は右から見た断面図、図２は上から見た断面図、図３は主要部分の断面図である。

本実施の形態は、回転アンテナ方式を用いた電子レンジであり、食品を置く載置台１よりも下側からマイクロ波を供給するために、代表的なマイクロ波発生手段であるマグネトロン２から発生したマイクロ波を加熱室３の底面に設けた結合孔４を介して加熱室３内に導く導波管５と、結合孔４上に配されて結合孔４を中心に回転可能なアンテナ６を有し、アンテナ６は主として開口７から放射されるマイクロ波の量が多くなるので、結合孔４から開口７の方向に放射指向性を有するものである。

そしてモータ８の駆動軸９をアンテナ６の結合軸１０に勘合させて、アンテナ６を回転させることでマイクロ波の放射方向を変更して加熱の均一化をはかっている。上下駆動手段１１はアンテナ６を上下動させるもので、アンテナ６の位置によって導波管５内に突出する結合軸１０の突出長さが変わるので、マグネトロン側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスの整合状態を調整できるものである。

重量検出手段１２は載置台１と載置台１上に配置される代表的な被加熱物である食品１３の重量をあわせて検出するもので、あらかじめわかっている載置台１の重量との差を演算することで食品１３の重量を算出することができる。

制御手段１４は、使用者がメニューや加熱時間を設定する設定手段１５からの設定情報、重量検出手段１２からの重量情報などをもとに、マグネトロン２を制御してマイクロ波の発生や停止を制御したり、モータ８を制御してアンテナ６の回転や停止を制御したり、上下駆動手段１１を制御してアンテナ６の上下動や停止を制御するものである。

次に制御パターンについて説明する。

たとえば設定手段１５によりあたためオートが設定された場合、制御手段は、食品１３が配置されると重量検出手段１２からの重量情報をもとに食品１３の重量を算出し、あらかじめ食品重量に応じて定められた制御パターンによりマグネトロン２、モータ８、上下駆動手段１１を制御する。

まず食品１３が少量負荷（たとえば３００ｇ以下）の場合は、アンテナ６が仮に下方位置（図３の位置Ａ）にあったとしても、上下駆動手段１１でアンテナ６を上方位置（図３の位置Ｂ）に制御して加熱する。（第一の制御パターン）。これは、あらかじめ、アンテナ６を上方位置（図３の位置Ｂ）にしたときにマグネトロン２側のインピーダンスと３００ｇ以下の少量負荷による負荷側のインピーダンスを整合させるように設計しておくことで、確実に整合させることができる。

ここでインピーダンスの整合について図４を用いて説明を加える。マグネトロン２の特性は、リーケ線図といわれる図４のような極座標系の特性図で与えられることが一般的である。これはマグネトロン２の反射特性（一般にＳ１１と呼ばれる特性）を示し、円の中央側にいくほどインピーダンスが整合しておりマグネトロン２側に反射しないということを示し、円の周囲に行くほどインピーダンスが整合しておらずマグネトロン２への反射が多いということを示す。

反射が少ないと負荷に供給されやすく、反射が多いと負荷に供給されにくいということになる。結局は負荷側のインピーダンスによってマグネトロン２から負荷に供給される出力が変化するので、これを等出力線としてあらわすと、出力が高い順に等出力線Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ……のように表される。よって本実施の形態では、少量負荷（たとえば３００ｇ以下）を配置して、アンテナ６を上方位置（図３の位置Ｂ）にしたときに、等出力線Ｃ内の斜線領域Ｈに入るように設計することで、少量負荷に入る出力を最大にすることができるから、最も効率的に加熱することができる。このとき、同じ少量負荷のままでアンテナ６の位置を下方位置（図３の位置Ａ）に下げると、整合状態がくずれてたとえば斜線領域Ｉへと変化することになる。

次に食品１３が大量負荷（たとえば１０００ｇ以上）の場合は、上下駆動手段１１でアンテナ６を下方位置（図３の位置Ａ）に制御して加熱する。（第二の制御パターン）。これは、あらかじめ、アンテナ６を下方位置（図３の位置Ａ）にしたときにマグネトロン２側のインピーダンスと１０００ｇ以上の大量負荷による負荷側のインピーダンスを整合させるように設計しておくことで、確実に整合させることができる。

ちなみに食品１３が中程度の負荷（たとえば２００ｇ〜１０００ｇ）の場合は、上下駆動手段１１でアンテナ６を下方と上方の間くらいの位置に制御することが考えられる。または、下方位置と上方位置の間を往復させるようにしても良い。

以上本実施の形態では、食品１３が少量負荷の場合にマグネトロン２側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるようにアンテナ６の位置を制御する第一の制御パターンと、食品１３が大量負荷の場合にマグネトロン２側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるようにアンテナ６の位置を制御する第二の制御パターンを有する構成としている。

これによって、食品１３が少量負荷の場合には第一の制御パターンで効率的に加熱することができ、食品１３が大量負荷の場合には第二の制御パターンで効率的に加熱することができるので、アンテナ６の位置を制御するという簡単かつ安全な構成で、食品１３の量を変えても効率的に加熱することができる。

また、食品１３の重量を検出する重量検出手段１２を有し、制御手段１５は、重量検出手段１５が検出した食品１３の重量により制御パターンを切り替える構成としている。

これによって、食品１３の重量が軽い場合は少量負荷とわかるので確実に第一の制御パターンで効率的に加熱することができ、重量が重い場合は大量負荷とわかるので確実に第
二の制御パターンで効率的に加熱することができる。

また、第一の制御パターンは、第二の制御パターンと比較して、食品１３を載置する載置台の中央にマイクロ波を集中させる構成となっている。これは図２、図３に矢線１６、１７、１８で示したマイクロ波の方向がポイントである。マイクロ波は結合孔４から加熱室３内に放射されるが、そのうちでも開口７を通過して放射される割合が多いので、第一の制御パターンのようにアンテナ６を上方位置（図３の位置Ｂ）に配置した場合は矢線１７のような方向にマイクロ波が放射され、第二の制御パターンのようにアンテナ６を下方位置（図３の位置Ａ）に配置した場合は矢線１８のような方向にマイクロ波が放射されると考えられる。よって一般的に結合軸１０が加熱室３底面の中央に配置されると、矢線１７の方が矢線１８よりも載置台１の中央寄りになり、即ち、第一の制御パターンの方が載置台の中央にマイクロ波を集中させることができる。

これによって、少量負荷は形状が小さいので載置台１の中央付近に置かれる可能性が高く、第一の制御パターンで載置台１の中央にマイクロ波を集中させることで効率的に加熱することができる。ちなみに大量負荷は形状が大きく、載置台１の中央付近だけではなくて端のほうにまでまたがって置かれる可能性があるので、第二の制御パターンにおいては第一の制御パターンほどは中央にマイクロ波を集中させる必要が無い。

また、第一の制御パターンは、第二の制御パターンと比較して、アンテナ６を載置台１の中央に近づける構成としている。

これによって、一般にアンテナ６近傍から放射されるマイクロ波は周囲に拡散しようとするが、第一の制御パターンでアンテナ６を載置台１の中央に近づけることでマイクロ波が拡散する前に確実に載置台１の中央にマイクロ波を集中させることができる。この結果マイクロ波が拡散する前に載置台１の中央に置かれた少量負荷にダイレクトに照射されて吸収されることになり、効率的に加熱することができる。

（実施の形態２）
図５から図７は電子レンジの構成図で、図５は右から見た断面図、図６、図７は上から見た断面図である。本実施の形態においては、横長の加熱室３の左右方向に二つのアンテナ１９として回転導波管タイプのアンテナを有する例を示した。ただしマグネトロン２は一つで、導波管５をＴ字状に分岐させ、両側にアンテナ１９を対称に配置している。

アンテナ１９は、結合軸１０をはさんで対向する二辺を折り曲げた曲げ部２０、２１ともう一辺を折り曲げた曲げ部２２を有し、唯一曲げの無い先端２３側にのみ開放部を形成することで、主として先端２３側に指向性の強いマイクロ波を放射させることができる。二つのアンテナ１９は、モータ８を個別に一つずつ備えても良いが、一つのモータ８とギアにより二つのアンテナ１９を回転させる構成としても良い。

いずれにせよアンテナ１９を回転させるか特定の位置で停止させるなどを適切に制御することで、マイクロ波の放射方向を変更して加熱の均一化をはかることができる。またアンテナ１９は回転導波管であるために実施の形態１のアンテナ６とは異なり比較的水平方向への指向性が強くなるのと、かつ回転中心が加熱室の中央には無いので、アンテナ１９の向きによりインピーダンスが大きく変化すると考えられる。そこでアンテナ１９の向きを制御することで、負荷量に応じたインピーダンス整合もやりやすいと考えられる。

形状検出手段２４は食品の形状を検出するものである。制御手段１４は、設定手段１５からの設定情報、形状検出手段２４からの形状情報などをもとに、マグネトロン２を制御してマイクロ波の発生や停止を制御したり、モータ８を制御してアンテナ１９の回転や停
止を制御するものである。

次に制御パターンについて説明する。

たとえば設定手段１５によりあたためオートが設定された場合、制御手段は、食品が配置されると形状検出手段２４からの情報をもとに食品の体積を算出し、あらかじめ食品の体積に応じて定められた制御パターンによりマグネトロン２、モータ８を制御する。（もちろん、一般的に体積が大きいほど重量が重い傾向があるので、重量に換算してもかまわない。）
まず食品が少量負荷（たとえば２００立方センチメートル以下）の場合は、図６のようにアンテナ１９の先端２３が互いに向き合う位置に停止させるよう制御して加熱する（第一の制御パターン）。これは、あらかじめ、アンテナ１９の先端２３が互いに向き合うようにしたときにマグネトロン２側のインピーダンスと２００立方センチメートル以下の少量負荷による負荷側のインピーダンスを整合させるように設計しておくことで、確実に整合させることができる（もちろん厳密に正確に向き合わなくてもある程度の許容幅を持たせても良いし、完全に停止しなくても狭い範囲で往復運動させるなどしても良い）。

次に食品が大量負荷（たとえば１０００立方センチメートル以上）の場合は、図７のようにアンテナ１９の先端２３が互いに向き合わないように制御して加熱する（第二の制御パターン）。これは、あらかじめ、図７のようにアンテナ１９の先端２３が互いに向き合わないような範囲で往復運動（矢線２５、２６）させたときにマグネトロン２側のインピーダンスと１０００立方センチメートル以上の大量負荷による負荷側のインピーダンスを整合させるように設計しておくことで、確実に整合させることができる。

ちなみに食品１３が中程度の負荷（たとえば２００〜１０００立方センチメートル）の場合は、アンテナ１９が互いに向き合う場合と向き合わない場合を交互に切り替えても良いし、往復運動でなくとも一定回転させるようにしても良い。

以上本実施の形態では、食品の形状を検出する形状検出手段２４を有し、制御手段１４は、形状検出手段２４が検出した食品の形状により制御パターンを切り替える構成としている。

これによって、食品の形状が小さい場合は概ね少量負荷とわかるので第一の制御パターンで効率的に加熱することができ、形状が大きい場合は概ね大量負荷とわかるので第二の制御パターンで効率的に加熱することができる。

また、第一の制御パターンは、第二の制御パターンと比較して、食品１３を載置する載置台の中央にマイクロ波を集中させる構成としている。これは図６、図７に矢線２７、２８、２９、３０で示したマイクロ波の方向がポイントである。

マイクロ波は回転導波管タイプのアンテナ１９の先端２３から加熱室３内に放射される割合が多いので、第一の制御パターンのようにアンテナ１９を互いに内向き（図６）に配置した場合は矢線２７、２８のような方向にマイクロ波が放射され、第二の制御パターンのようにアンテナ１９を互いに外向き（図７）に配置した場合は矢線２９、３０のような方向にマイクロ波が放射されると考えられる。

よって一般的に二つのアンテナ１９が加熱室３底面の中央に対して対称に配置されると、矢線２７、２８の方が矢線２９、３０よりも載置台１の中央寄りになり、即ち、第一の制御パターンの方が載置台の中央にマイクロ波を集中させることができる。

これによって、少量負荷は形状が小さいので載置台１の中央付近に置かれる可能性が高く、第一の制御パターンで載置台１の中央にマイクロ波を集中させることで効率的に加熱することができる。ちなみに大量負荷は形状が大きく、載置台１の中央付近だけではなくて端のほうにまでまたがって置かれる可能性があるので、第二の制御パターンにおいては第一の制御パターンほどは中央にマイクロ波を集中させる必要が無い。

（実施の形態３）
図８から図９は電子レンジの構成図で、図８は右から見た断面図、図９は上から見た断面図である。本実施の形態においては、横長の加熱室３の左右方向に三つのアンテナ３１ａ、３１ｂ、３１ｃを有する例を示した。ただしマグネトロン２ａ、２ｂ、２ｃも導波管５も三つで、特にマグネトロン２ａ、２ｂ、２ｃは個別に制御可能な構成とした。アンテナ３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、結合軸１０をはさんで対向する二辺を折り曲げた曲げ部３２、３３を有し、曲げの無い部分には幅の広い先端３４、幅の狭い後端３５の二箇所に開放部を形成することで、主として先端３４側に指向性の強いマイクロ波を放射させることができる。三つのアンテナ３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、モータ８を個別に一つずつ備えても良いが、一つのモータ８とギアにより三つのアンテナ３１ａ、３１ｂ、３１ｃを回転させる構成としても良い。いずれにせよ三つのマグネトロン２ａ、２ｂ、２ｃのうちどれからマイクロ波を放射させるか、アンテナ３１ａ、３１ｂ、３１ｃを回転させるか特定の位置で停止させるかなどを適切に制御することで、マイクロ波の放射方向を変更して加熱の均一化をはかることができる。

温度検出手段３６は加熱室３内の温度を検出するものである。制御手段１４は、設定手段１５からの設定情報、温度検出手段３６からの温度情報などをもとに、マグネトロン２ａ、２ｂ、２ｃを制御してマイクロ波の発生や停止を制御したり、モータ８を制御してアンテナ３１ａ、３１ｂ、３１ｃの回転や停止を制御するものである。

次に三つのアンテナ３１ａ、３１ｂ、３１ｃが、モータ８を個別に一つずつ備えた場合の制御パターンの一例について説明する。

たとえば設定手段１５により手動設定で５００Ｗ３分などと設定された場合、制御手段は、３分間の間に適切な制御を行う必要がある。食品が配置されると温度検出手段２４によって加熱室３内の温度を検出するが、制御手段は特に加熱開始後の温度上昇の速さを算出し、あらかじめ温度上昇の早さに応じて定められた制御パターンによりマグネトロン２ａ、２ｂ、２ｃ、モータ８を制御する。一般的には温度上昇が速いほど重量が軽い傾向があるので、温度上昇の速度を重量に換算して制御することが可能である。

本実施の形態においては、負荷量に応じてマグネトロン２ａ、２ｂ、２ｃと、モータ８の制御の組み合わせに関して非常に多くの組み合わせが考えられるが、ここでは簡単な例を示す。

まず食品が少量負荷の場合は、マグネトロン２ｂのみマイクロ波を発生させて加熱する。アンテナ３１ｂは一定回転させて、アンテナ３１ａ、３１ｃは停止させる（第一の制御パターン）。これは、あらかじめ、中央に配置されたアンテナ３１ｂからのみマイクロ波を放射するときにマグネトロン２ｂ側のインピーダンスと少量負荷による負荷側のインピーダンスを整合させるように設計しておくことで、確実に整合させることができる。このときアンテナ３１ａ、３１ｃからはマイクロ波が放射されていないのでわざわざ回転させなくても停止させておくと良い。

次に食品が大量負荷の場合は、マグネトロン２ａ、２ｃからマイクロ波を発生させて加熱する。アンテナ３１ａ、３１ｃは一定回転させて、アンテナ３１ｂは停止させる（第二
の制御パターン）。これは、あらかじめ、両端に配置されたアンテナ３１ａ、３１ｃからマイクロ波を放射するときにマグネトロン２ａおよびマグネトロン２ｂ側のインピーダンスと大量負荷による負荷側のインピーダンスを整合させるように設計しておくことで、確実に整合させることができる。このときアンテナ３１ｂからはマイクロ波が放射されていないのでわざわざ回転させなくても停止させておくと良い。

ちなみに食品１３が中程度の負荷の場合は、第一の制御パターンと第二の制御パターンを途中で切り替えても良いし、マグネトロン２ａ、２ｂ、２ｃのすべてからマイクロ波を発生させ、アンテナ３１ａ、３１ｂ、３１ｃとも回転させても良い。

以上本実施の形態では、食品の温度を検出する温度検出手段３６を有し、制御手段１４は、温度検出手段３６が検出した被加熱物の温度により制御パターンを切り替える構成としている。

これによって、食品の温度上昇が早い場合は概ね少量負荷とわかるので第一の制御パターンで効率的に加熱することができ、温度上昇が遅い場合は概ね大量負荷とわかるので第二の制御パターンで効率的に加熱することができる。

ただし本実施の形態のように、温度検出手段３６からの温度情報をもとに加熱開始後の温度上昇の速さを算出して負荷量を推定する場合は、温度上昇してからでないと適切な制御パターンに移れないことになる。よって制御手段は、まず第一の制御パターンで加熱を開始し、温度上昇が遅いと判断した場合のみ第二の制御パターンで加熱するように制御する構成とするのが良い。

これによって、少量負荷は大量負荷よりも加熱時間が短いので、被加熱物が少量負荷か大量負荷かわからない場合でも、最初に少量負荷を効率的に加熱する第一の制御パターンで加熱を開始しておけば、使用頻度の高い少量負荷を確実に効率的に加熱することができる。

一方、被加熱物が大量負荷だった場合、最初は効率の悪い加熱でスタートすることになるが、大量負荷はもともと長時間かかるのだから温度上昇が遅いと判断したあとに大量負荷を効率的に加熱する第二の制御パターンに切り替えることでまだまだそれ以降の時間で効率をアップすることができるし、最後まで第一の制御パターンで加熱する場合よりも明らかに効率的に加熱することができる。

なお、本実施の形態で述べた重量検出手段、形状検出手段、温度検出手段などの食品の分量を推定する手段を持たない場合でも、一般的な少量負荷の加熱が終わる時間をたとえば２分とあらかじめ決めておき、加熱開始から２分間は少量負荷を効率的に加熱する第一の制御パターンで加熱し、２分以降は大量負荷を効率的に加熱する第二の制御パターンに切り替えることにより、以降の時間を効率的に加熱することができるので、最後まで第一の制御パターンで加熱する場合よりも明らかに効率的に加熱することができる。

以上のように本発明によれば、アンテナ位置の制御パターンを切り替えて被加熱物の量に応じて整合させて効率的に加熱することができるので、マイクロ波を使用する調理器具としての電子レンジ、オーブンレンジ、各種誘電体の加熱、解凍装置であるとか、マイクロ波を使用する半導体装置、乾燥装置などの工業分野での加熱装置、陶芸加熱、焼結あるいは生体化学反応等の用途に適用できる。

本発明の実施の形態１のマイクロ波加熱装置を横から見た断面構成図 同マイクロ波加熱装置を上から見た断面構成図 同マイクロ波加熱装置の主要部分の断面構成図でアンテナの上下動のイメージを説明する図 同マイクロ波加熱装置のインピーダンスの整合状態を示す特性図 本発明の実施の形態２のマイクロ波加熱装置を横から見た断面構成図 同マイクロ波加熱装置を上から見た断面構成図でアンテナが互いに内向きの図 同マイクロ波加熱装置を上から見た断面構成図でアンテナが互いに外向きの図 本発明の実施の形態３のマイクロ波加熱装置を横から見た断面構成図 同マイクロ波加熱装置を上から見た断面構成図

符号の説明

１ 載置台
２、２ａ、２ｂ、２ｃ マグネトロン（マイクロ波発生手段）
３ 加熱室
５ 導波管
６、１９、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ アンテナ
１２ 重量検出手段
１３ 食品（被加熱物）
１４ 制御手段
４８ 第二の開口
２４ 形状検出手段
３６ 温度検出手段

Claims (8)

1. 被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、前記マイクロ波発生手段により発生したマイクロ波を前記加熱室に導く導波管と、前記導波管から前記加熱室内に放射されるマイクロ波の方向を変更可能なアンテナと、前記アンテナの位置を制御してマイクロ波の方向を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、被加熱物が少量負荷の場合に前記マイクロ波発生手段側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるように前記アンテナの位置を制御する第一の制御パターンと、被加熱物が大量負荷の場合に前記マイクロ波発生手段側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスを整合させるように前記アンテナの位置を制御する第二の制御パターンを有する構成としたマイクロ波加熱装置。
2. 制御手段は、第一の制御パターンで加熱した後に、第二の制御パターンで加熱するように制御する構成とした請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
3. 被加熱物の重量を検出する重量検出手段を有し、制御手段は、前記重量検出手段が検出した被加熱物の重量により制御パターンを切り替える構成とした請求項１または２記載のマイクロ波加熱装置。
4. 被加熱物の形状を検出する形状検出手段を有し、制御手段は、前記形状検出手段が検出した被加熱物の形状により制御パターンを切り替える構成とした請求項１または２記載のマイクロ波加熱装置。
5. 被加熱物の温度を検出する温度検出手段を有し、制御手段は、前記温度検出手段が検出した被加熱物の温度により制御パターンを切り替える構成とした請求項１または２記載のマイクロ波加熱装置。
6. 第一の制御パターンは、第二の制御パターンと比較して、被加熱物を載置する載置台の中央にマイクロ波を集中させる構成とした請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
7. 第一の制御パターンは、第二の制御パターンと比較して、アンテナを載置台の中央に近づける構成とした請求項６記載のマイクロ波加熱装置。
8. 少なくとも二つのアンテナを加熱室底面の中心から見て略対称に配置し、第一の制御パターンは、第二の制御パターンと比較して、アンテナの指向性の強い部位が互いに向き合う構成とした請求項６記載のマイクロ波加熱装置。
   
   
   

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