JP2007317411A

JP2007317411A - 高周波加熱装置

Info

Publication number: JP2007317411A
Application number: JP2006143524A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Kubota; 哲男窪田; Mitsuru Honma; 満本間; Takanori Abe; 貴紀安部
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2006-05-24
Filing date: 2006-05-24
Publication date: 2007-12-06

Abstract

【課題】加熱室内にバランスよく高周波エネルギーを放射して加熱室内の食品を均一加熱する。
【解決手段】加熱室と、この加熱室の底面に設けられた誘電体からなる被加熱物載置板と、この被加熱物載置板の下方で加熱室の底面中央部に設けられた高周波供給室と、マグネトロンと、このマグネトロンを取り付ける導波管と、この導波管に導かれた高周波を高周波供給室に放射するために高周波供給室底面中央部に設けられた結合穴と、この結合穴を貫通して高周波供給室内へ略垂直に臨んで設けられた内導体と、この内導体の一端の前記高周波供給室内に連結された回転アンテナ８と、内導体の導波管内で連結された誘電体軸と、この誘電体軸を回転駆動する駆動部とを備え、回転アンテナは内導体を中心に渦巻き状のスリット８aを設けるとともにスリット幅を中心部から外周囲側に行くにつれて広くした。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転アンテナを用いて高周波エネルギーを加熱室内に放射し、食品などを高周波加熱する高周波加熱装置に関するものである。

従来の高周波加熱装置は、図５に示すように、加熱室２１の底面に固着された誘電体からなる被加熱物載置板２２を備え、加熱室２１底面中央部に設けた高周波供給室２３と導波管２４との結合穴２５部分に回転アンテナ２６を備え、導波管２４により導かれる高周波エネルギーを回転アンテナ２６により各方向に散乱させて加熱室２１内に放射し、被加熱物載置板２２に載置された食品などを高周波加熱するものである。

そして、この回転アンテナ２６の形状は、図６に示すように金属円板を円形や、長方形状，扇形などに切り抜いたスリット２７で構成したものである(例えば、特許文献１参照)。

特開２００２−２８６２２９号公報

しかしながら、上記の従来技術において、回転アンテナ２６から加熱室２１に放射される高周波エネルギーは、加熱室２１の形状により被加熱物載置板２２に載置された食品などの被加熱物の中心部が弱く、外周囲部が強かったり、逆に中心部が強く、外周囲部が弱いというような問題があり、食品などの実調理においても中心部が加熱されなかったり、反対に強く加熱されるという加熱むらの問題点が生じていた。

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、被加熱物を収容する加熱室と、この加熱室の底面に設けられた誘電体からなる被加熱物載置板と、この被加熱物載置板の下方で前記加熱室の底面中央部に設けられた高周波供給室と、高周波エネルギーを発生するマグネトロンと、このマグネトロンを取り付ける導波管と、この導波管に導かれた高周波エネルギーを前記高周波供給室に放射するために高周波供給室底面中央部に設けられた結合穴と、この結合穴を貫通して前記高周波供給室内へ略垂直に臨んで設けられた内導体と、この内導体の一端の前記高周波供給室内に略水平に連結された金属製平板の回転アンテナと、前記内導体の前記導波管内で連結された誘電体軸と、この誘電体軸を回転駆動する駆動部とを備え、前記回転アンテナは前記内導体を中心に渦巻き状のスリットを設けるとともにスリット幅を中心部から外周囲側に行くにつれて広くしたものである。

本発明の高周波加熱装置は、上記のように構成したことにより、回転アンテナから放射される高周波エネルギーが均一に放射されるようになるため、被加熱物全体に高周波エネルギーが照射され、加熱むらの少ない高周波加熱装置を提供することが出来る。

以下、本発明の一実施例を図１〜図４を参照して説明する。

図１は本発明の一実施例を示す高周波加熱装置の要部縦断面図で、１は被加熱物を収容する加熱室である。２は被加熱物載置板で、加熱室１の底面に固着され誘電体からなる例えば結晶化ガラスで構成され被加熱物を載置する。３は高周波供給室で、被加熱物載置板２の下方で前記加熱室１の底面中央部に設けられている。４は高周波エネルギーを発生させるマグネトロンである。

５は導波管で、一端にはマグネトロン４が取り付けられており、他端はマグネトロン４から発生した高周波エネルギーを高周波供給室３に導くように高周波供給室３に接続されている。

６は結合穴で、高周波供給室３の底面中央部に設けられ、導波管５を高周波供給室３に連通させマグネトロン４で発生した高周波エネルギーを高周波供給室３に放射する。

７は内導体で、結合穴６を貫通して設けられ、導波管５から高周波供給室３内へ略垂直に臨んで設けられている。

８は回転アンテナで、本実施例ではアルミニウム等の良導電性の金属製の円板で構成され、中心部を内導体７の一端に略水平に連結されている。

９は誘電体軸で、内導体７と導波管５内で連結され、誘電体軸９の他端は導波管５に開けられた穴１０を通して導波管５の下部に設けられた駆動部１１に連結され、回転アンテナ８は駆動部１１により回転自在となっている。

１２は被加熱物載置板２に載置された被加熱物である。

そして、マグネトロン４により発生した高周波エネルギーは導波管５に導かれ、結合穴６を貫通する内導体７との同軸結合により高周波供給室３に伝播され、さらに、高周波供給室３内では伝播された高周波エネルギーは回転アンテナ８に伝播され、回転アンテナ８から被加熱物載置板２を通して加熱室１内に放射される。

図２は回転アンテナ８の平面図で、アルミニウム等の良導電性の金属製で直径１９０mmの円板に渦巻き状のスリット８ａが左巻きに設けてあり、スリット８ａの幅がＷ１＜Ｗ２＜Ｗ３となるように中心部から外周囲側に行くにつれて連続的に広くして中心部が狭く外周囲側が広くなるように設けられている。このように渦巻き状のスリット８ａを設けた回転アンテナ８は一般にスパイラルアンテナであり、このアンテナの放射特性はスリット幅が変化なく一定の幅であればアンテナ中心部の放射が強く、これを加熱に用いた場合はアンテナ真上の被加熱物載置板２上の食品など被加熱物の中心部が強く外周囲部が弱く加熱される。

そこで、本発明では回転アンテナ８に設けたスリット８ａ幅を中心部から外周囲側に行くにつれて連続的に広くして中心部が狭く、外周囲側を広くして回転アンテナ８からの高周波エネルギーがスリット８ａ全体から均一に放射されるように制御している。なお、本実施例では図２に示す回転アンテナ８のスリット幅をＷ１は５mm、Ｗ２は１４.２mm 、
Ｗ３は２１.５mmとしている。

次に、以上の構成による作用を説明する。

マグネトロン４から発生した高周波エネルギーは、導波管５を伝播し高周波供給室３の底面中央部に設けられた結合穴６と内導体７との同軸結合により高周波供給室３に伝播する。

高周波供給室３内では、左巻きにスリット８ａが形成された回転アンテナ８を駆動部
１１により右回転させると、渦巻き状のスリット８ａが回転につれて徐々に外周部に移動していくので、これに伴ってスリット８ａ部から放射される高周波エネルギーが外周部に移動して拡散され、被加熱物１２の加熱むらを改善する。

この加熱むらの改善の効果を調べるため次のような試験を行った。

まず、図３に示すような回転アンテナ１３、すなわち図２に示す本発明の実施例の回転アンテナ８に設けられた渦巻き状のスリット８ａの幅を１１mmと一定としたスリット13ａのものと、図２に示す本発明の実施例の回転アンテナ８を用いた場合について、被加熱物載置板２の上に載置された被加熱物１２がどのような温度分布で加熱されるかをＴＬＭ法を用いた電磁界解析手法で計算して求めた。このときの解析条件は、被加熱物１２の直径が３３０mmで厚みが１０mmの冷凍ビザパイを想定し、解析時の物理定数は比誘電率４.４，導電率０.０７２２ｓ／ｍ，密度７９４kg／ｍ³とした。また、解析方法はこの被加熱物を１７４,０００個のセルに分解してその各々の温度上昇値を解析により計算し、図１に示されたように被加熱物１２の１／２の厚みにおけるＡ−Ａ′で見たｘ−ｚ面の温度分布を図４に示すように明暗で表示した。なお、明るい部分は温度上昇が高く、暗い部分は温度上昇が低いことを示している。また、各セルの温度上昇値から変動係数を求め、加熱むらの評価を行った。

その結果、図４（ａ）に示すスリット幅一定の回転アンテナ８を設けた場合の被加熱物１２の加熱温度分布は、被加熱物１２の中央部すなわちｈ１部分が周辺部すなわちｈ２部分より明るくなっており、中央部の温度が高い温度分布となっている。それに対し図４
（ｂ）に示すスリット８ａ幅が中心部が狭く外周側が広くなるように設けられた回転アンテナ８の場合の被加熱物１２の加熱温度分布は、中央部のｈ３と周辺部のｈ４の明るさが同程度であり、被加熱物１２は全体的に温度が上昇している。また、このときの図４(ｂ)の各セルの温度上昇値から求めた変動係数は０.３８であり、図４（ａ）の変動係数は
０.５３であった。変動係数は数値が小さいほど加熱むらが小さいことから中心部から外周囲側に行くにつれて連続的に広くして中心部が狭く外周囲側が広くなるように設けられた回転アンテナ８を用いることにより大幅な加熱むらの改善が確かめられた。

このように、回転アンテナ８から放射される高周波エネルギーが均一に放射されるようになるため、被加熱物１２全体に高周波エネルギーが照射され加熱むらの少ない高周波加熱装置を提供することが出来る。

なお、上記実施例で説明した回転アンテナ８の直径やスリット８ａの幅（Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３）の寸法は上記の値に限定されるものではなく、同等の効果を奏する範囲内に設定すれば良い。

また、回転アンテナ８の形状も円板平板である必要はなく、また、スリット８ａの巻き方も右巻きであってもよい。

本発明の一実施例を示す高周波加熱装置の要部縦断面図である。同じく、回転アンテナの平面図である。スリット幅一定の回転アンテナの平面図である。（ａ）スリット幅一定の回転アンテナを用いた場合の被加熱物の温度分布を解析した結果を示す図である。（ｂ）本実施例における回転アンテナを用いた場合の被加熱物の温度分布を解析した結果を示す図である。従来の高周波加熱装置の要部縦断面図である。従来の高周波加熱装置に用いられた回転アンテナの平面図である。

符号の説明

１…加熱室、２…被加熱物載置板、３…高周波供給室、４…マグネトロン、５…導波管、６…結合穴、７…内導体、８…回転アンテナ、８ａ…スリット、９…誘電体軸、１１…駆動部。

Claims

被加熱物を収容する加熱室と、この加熱室の底面に設けられた誘電体からなる被加熱物載置板と、この被加熱物載置板の下方で前記加熱室の底面中央部に設けられた高周波供給室と、高周波エネルギーを発生するマグネトロンと、このマグネトロンを取り付ける導波管と、この導波管に導かれた高周波エネルギーを前記高周波供給室に放射するために高周波供給室底面中央部に設けられた結合穴と、この結合穴を貫通して前記高周波供給室内へ略垂直に臨んで設けられた内導体と、この内導体の一端の前記高周波供給室内に略水平に連結された金属製平板の回転アンテナと、前記内導体の前記導波管内で連結された誘電体軸と、この誘電体軸を回転駆動する駆動部とを備え、前記回転アンテナは前記内導体を中心に渦巻き状のスリットを設けるとともにスリット幅を中心部から外周囲側に行くにつれて広くした高周波加熱装置。