JP2007335377A - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通常は加熱室内全体の均一加熱を実現しつつ、目的に応じて局所集中加熱をも実現するマイクロ波加熱装置を提供する。
【解決手段】本発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波発生手段と、前記マイクロ波発生手段からマイクロ波を伝送する導波管と、前記マイクロ波で加熱する被加熱物を収納する加熱室と、前記導波管から前記加熱室に前記マイクロ波を放射するための複数の回転アンテナと、前記回転アンテナを回転駆動する駆動手段と、前記加熱室内の温度分布を検出する温度分布検出手段と、前記温度分布検出手段の検出結果に基づき前記駆動手段を制御して前記回転アンテナの向きを制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記複数の回転アンテナのうち少なくとも一つの回転アンテナを、放射指向性の強い部位を前記温度分布検出手段の検出結果に基づき決定した向きに制御して集中加熱する構成としたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加熱物を誘電加熱するマイクロ波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。これまで、電子レンジは、マイクロ波が伝搬する加熱室のうち食品を収納する空間の大きさが、幅方向寸法および奥行き方向寸法がおおよそ３００〜４００ｍｍ前後、高さ方向寸法がおおよそ２００ｍｍ前後のものが、一般に普及している。

近年においては、食材を収納する空間の底面をフラットにし、さらに幅寸法を４００ｍｍ以上として奥行き寸法よりも比較的大きくし、食器を複数個並べて加熱できるように利便性を高めた横幅が広い加熱室形状を持った製品が実用化されている。

ところで、電子レンジが使用するマイクロ波の波長は約１２０ｍｍであり、加熱室内には強弱の電界分布（以下、電波分布と称す）が生じ、さらには被加熱物の形状やその物理特性の影響が相乗されて加熱むらが発生することが知られている。特に、上述した幅方向寸法が大きい加熱室にあっては、複数の食器に載置された食品を同時に加熱するために加熱の均一性を従来以上に高める必要がある。

従来、この種のマイクロ波加熱装置は、一つの放射アンテナを備えそのアンテナを回転駆動させるものであったが、加熱室の中央部を局所的に加熱することが困難だった。そこで、加熱の均一性を高める方策として、複数の放射アンテナを備えるもの、あるいは複数の高周波攪拌手段を備えるものが提案されている（特許文献１参照）。

しかし、庫内が広くても常に大量の食品を加熱するとは限らず、たとえばマグカップ一杯の牛乳をあたためるときは、庫内全体を均一に加熱せずとも牛乳にのみ集中させるほうが効率的と考えられる。

また、複数の食品を同時に加熱する場合でも、たとえば冷凍食品と室温の食品とを同時に加熱する場合のように、食品の温度に差があれば、低温の食品のみを集中的に加熱したい場合がある。さらに幕の内弁当のようなものであれば、一つの入れ物に加熱したくない食品（漬物、サラダ、デザートなど）が含まれており、加熱すべき食品（ごはん、おかずなど）のみを集中的に加熱したいという場合がある。

このような場合は、全体均一加熱ではなく局所集中加熱できる機能が必要となる。このために複数の放射アンテナを切り替えるとともに停止位置を制御するなどして集中加熱するものが提案されている（特許文献２参照）。
特開２００４−２５９６４６号公報 特許第３６１７２２４号公報

特許文献１、２を参考にすれば、まず、横幅が広い加熱室であれば左右に複数の放射アンテナを構成すれば加熱室内全体の均一加熱を実現できそうである。また、局所への集中加熱については、例えば放射アンテナを停止させることでユニポールアンテナの先端方向にある程度なら集中させることがことができる。しかしながら、どの程度集中させられるかが問題であり、通常は加熱室内全体の均一加熱を実現しつつ、目的に応じて局所集中加熱をも実現するということは、現実的な構成としては難しいものであった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、通常は加熱室内全体の均一加熱を実現しつつ、目的に応じて局所集中加熱をも実現するマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。

本発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波発生手段と、前記マイクロ波発生手段からマイクロ波を伝送する導波管と、前記マイクロ波で加熱する被加熱物を収納する加熱室と、前記導波管から前記加熱室に前記マイクロ波を放射するための複数の回転アンテナと、前記回転アンテナを回転駆動する駆動手段と、前記加熱室内の温度分布を検出する温度分布検出手段と、前記温度分布検出手段の検出結果に基づき前記駆動手段を制御して前記回転アンテナの向きを制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記複数の回転アンテナのうち少なくとも一つの回転アンテナを、放射指向性の強い部位を前記温度分布検出手段の検出結果に基づき決定した向きに制御して集中加熱する構成である。

この構成により、温度分布検出手段の検出結果を参照して、回転アンテナの放射性指向性の強い部位を加熱室内の加熱が必要な領域に向けることで適度な局所加熱を実現することができるとともに、回転アンテナを通常の回転動作させる等して加熱室の均一加熱も実現することができる。

また、本発明のマイクロ波加熱装置は、前記制御手段が、前記加熱室内の特定の領域に対して前記回転アンテナの放射指向性の強い部分を向けるときの前記回転アンテナの角度を記憶するアンテナ角度記憶部を有し、前記温度分布検出手段が検出した各検出領域の温度のうち低温部分に回転アンテナの放射指向性の強い部分を向ける構成である。

この構成により、予め実験で調べたデータをアンテナ角度記憶部に記憶しておくことで、精度良く低温部分を局所的に加熱することができる。

また、本発明のマイクロ波加熱装置は、前記制御手段が、前記回転アンテナが所定の角度で停止する上限時間を記憶する停止上限時間記憶部と、前記回転アンテナが停止している時間をカウントする停止時間計時部とを有し、前記停止時間計時部がカウントした時間が前記停止上限時間記憶部が記憶する時間に到達するとき、所定角度ずらした位置に前記回転アンテナを移動させる構成である。

この構成により、マイクロ波放射中に回転アンテナが停止しつづけることで、回転アンテナの一部にマイクロ波が集中しすぎて、過剰加熱することを防止する。例えば、被加熱物が何もない条件が最も厳しい条件で実験的に上限時間を定めるものであるが、３０秒〜１分ぐらい無負荷で局所にマイクロ波を集中させるとアンテナ部品が溶融する可能性があるのでそれより短い時間、例えば３０秒ぐらいを上限時間として、それを超えると例えば５度ぐらい角度を回転させるようにするものである。

また、本発明のマイクロ波加熱装置は、前記制御手段が、往復角度を記憶する往復角度記憶部を有し、前記温度分布検出手段が検出した検出結果に基づき前記アンテナ角度記憶部を参照して決定された角度を中心として、前記往復角度記憶部が記憶する角度だけ前記回転アンテナを往復揺動させる構成である。

この構成により、マイクロ波放射中に回転アンテナが停止しつづけることで、回転アンテナの一部にマイクロ波が集中しすぎて、過剰加熱することを防止する。目標角度を中心に±５度ぐらいを動かしても被加熱物に対しての局所的加熱効果への影響はなく、一方、アンテナ部品の過昇防止には十分な効果が得られる。

本発明によれば、通常は加熱室内全体の均一加熱を実現しつつ、目的に応じて局所集中加熱をも実現するマイクロ波加熱装置を提供することができる。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（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３１の構成図で、図１は正面から見た断面図、図２は図１のＡ−Ａ‘断面図、図３は図１のＢ−Ｂ‘断面図、図４は、図１のＤ−Ｄ‘断面図である。

図１に示すように、電子レンジ３１は、代表的なマイクロ波発生手段であるマグネトロン３２から放射されたマイクロ波を伝送する導波管３３と、導波管３３の上部に接続され幅方向寸法（約４１０ｍｍ）が奥行き方向寸法（約３１５ｍｍ）より大きい形状の加熱室３４と、代表的な被加熱物である食品（図示せず）を載置するため加熱室３４内に固定され、セラミックやガラスなどの低損失誘電材料からなるためにマイクロ波が容易に透過できる性質の載置台３５と、加熱室３４内の載置台３５より下方に形成されるアンテナ空間３７と、導波管３３内のマイクロ波を加熱室３４内に放射するため、導波管３３からアンテナ空間３７にわたり、加熱室３４の幅方向に対して対称位置に取り付けられた二つの回転アンテナ３８、３９と、回転アンテナ３８、３９を回転駆動できる代表的な駆動手段としてのモータ４０、４１と、モータ４０、４１を制御して回転アンテナ３８、３９の向きを制御する制御手段４１１と、各回転アンテナ３８、３９の回転の原点を検出する原点検出機構を構成するフォトインタラプタ３６と、加熱室３４内の温度分布を検出する温度分布検出手段である赤外線センサ１０とを有する。

また、電子レンジ３１は、図２に示すようにドア６４を備えている。そして、設定手段６３がドア６４の下部に配置されている。設定手段６３は、使用者が、食品や調理内容に応じて様々な調理メニューを選択できるものである。この選択結果に基づき、制御手段４１１はマグネトロン３２やモータ４０、４１を制御することができる。

回転アンテナ３８、３９は、放射指向性を有する構成である。本実施の形態１の電子レンジ３１は、回転アンテナ３８、３９のうちの少なくとも一方の放射指向性の強い部位を所定の向きに制御して特定の食品を集中加熱する構成としている。具体的にどのように制御しているかについては後述する。

また、回転アンテナ３８、３９は、導波管３３と加熱室底面４２との境界面に設けられた直径約３０ｍｍで略円形の結合孔４３、４４を貫通する直径約１８ｍｍで略円筒状の導電性材料から成る結合部４５、４６と、結合部４５、４６の上端にかしめや溶接などで電気的に接続されて一体化され、概ね垂直方向よりも水平方向に広い面積を有する導電性材料から成る放射部４７、４８とを備える。

また、回転アンテナ３８，３９は、結合部４３、４４の中心が回転駆動の中心となるようにモータ４０、４１のシャフト４９、５０に嵌合された構成としている。放射部４７、４８は回転の方向に対して形状が一定ではないために放射指向性がある構成としている。

回転アンテナ３８、３９の回転の中心は加熱室３４内の中心から略等距離に配置する。この構成により、アンテナが一つの構成では通常は加熱しにくい加熱室内の中央付近を、回転アンテナ３８、３９の放射指向性の強い部分を中央付近に向けることにより加熱可能とするものである。

導波管３３は、図３のように上から見てＴ字型を成し、左右対称な形状であるため、マグネトロン３２から結合部４５、４６までの距離が等しく、かつ結合部４５、４６は加熱室３４の幅方向に対しても対称位置に取り付けられているので、マグネトロン３２から放射されるマイクロ波は導波管３３、回転アンテナ３８、３９を介して加熱室３４内にほぼ均等に分配される。

放射部４７、４８は同一の形状で、放射部上面５１、５２が略四辺形にＲを有する形状で、そのうち対向する２辺には加熱室底面４２側に曲げられた放射部曲げ部５３、５４を有し、その２辺の外側へのマイクロ波の放射を制限する構成である。加熱室底面４２と放射部上面５１、５２までの距離は約１０ｍｍ程度とし、放射部曲げ部５３、５４は、それよりも約５ｍｍ程度低い位置に引き下げられている。

そして，残る２辺は結合部４５、４６から端部までの水平方向の長さが異なり、結合部の中心からの長さが７５ｍｍ程度の端部５５、５６、結合部の中心からの長さが５５ｍｍ程度の端部５７、５８を構成している。また端部の幅方向の寸法はいずれも８０ｍｍ以上としている。この構成において回転アンテナ３８、３９は、結合部４５、４６から端部５７、５８の方向への放射指向性を強くすることができる。

この構成において一般的な食品を均一に加熱する場合は、従来の電子レンジと同様、特に置き場所にこだわる必要はなく、回転アンテナ３８、３９も従来同様に一定回転させてよい。一方、集中加熱する場合は、加熱室３４内の中央付近を加熱する場合、制御手段４１１は、図４に示すように、回転アンテナ３８、３９の端部５７、５８を、加熱室３４の幅方向の略中央かつ奥行き方向の略中央という所定の向きに向けるように制御する。

回転アンテナ３８、３９の端部５７、５８が加熱室３４の幅方向の略中央かつ奥行き方向の略中央を向くとき、端部５７、５８の方向への放射指向性が強いので、特に端部５７、５８の方向からマイクロ波が放射されその方向に位置する食品を集中的に加熱することができる。

また、加熱室３４内の左側付近を加熱する場合、制御手段４１１は、図５に示すように、回転アンテナ３８、３９の端部５７、５８を、左向き（加熱室３４をドア６４側から見て左側）に向けるように制御する。

回転アンテナ３８、３９の端部５７、５８が、両方とも、加熱室３４をドア６４側から見て左側を向くとき、各アンテナは端部５７、５８の方向への放射指向性が強いので、特に端部５７、５８の方向からマイクロ波が放射されその方向に位置する食品を集中的に加熱することができる。

同様に、加熱室３４内の右側付近を加熱する場合、制御手段４１１は、図６に示すように、回転アンテナ３８、３９の端部５７、５８を、右向き（加熱室３４をドア６４側から見て右側）に向けるように制御する。

回転アンテナ３８、３９の端部５７、５８が両方とも、加熱室３４をドア６４側から見て右側を向くとき、各アンテナは端部５７、５８の方向への放射指向性が強いので、特に端部５７、５８の方向からマイクロ波が放射されその方向に位置する食品を集中的に加熱することができる。

また、加熱室３４内の前方中央付近を加熱する場合、制御手段４１１は、図７に示すように、回転アンテナ３８、３９の端部５７、５８を、加熱室３４の幅方向の略中央かつ奥行き方向の前方（加熱室３４内の中央前方付近）に向けるように制御する。

図７に示すように、回転アンテナ３８、３９の端部５７、５８が、加熱室３４内の中央前方付近を向くとき、各アンテナは端部５７、５８の方向への放射指向性が強いので、特に端部５７、５８の方向からマイクロ波が放射されその方向に位置する食品を集中的に加熱することができる。

また、加熱室３４内の後方中央付近を加熱する場合、制御手段４１１は、図８に示すように、回転アンテナ３８、３９の端部５７、５８を、加熱室３４の幅方向の略中央かつ奥行き方向の後方（加熱室３４内の中央後方付近）に向けるように制御する。

図８に示すように、回転アンテナ３８、３９の端部５７、５８が、加熱室３４内の中央後方付近を向くとき、各アンテナは端部５７、５８の方向への放射指向性が強いので、特に端部５７、５８の方向からマイクロ波が放射されその方向に位置する食品を集中的に加熱することができる。

以上のように、本実施の形態１の電子レンジ３１は、局所的に加熱したい場所に応じて回転アンテナの向きを制御するものであり。回転アンテナ３８、３９を所定の向きに向けるためには、モータ４０、４１としてステッピングモータを用いるとか、あるいは一定回転のモータであっても基準位置を検出して通電時間を制御するなどの手段が考えられる。

本実施の形態１の電子レンジ３１では、モータ４０、４１としてステッピングモータを用いており、各モータのシャフト４０、４１にそれぞれ原点検出機構を設けている。この原点検出機構は、図９に示すように、シャフトを中心軸とする円板３６ａと、フォトインタラプタ３６とにより構成される。円板３６ａには、矩形状のスリット３６ｂが設けられている。

円板３６ａは、回転アンテナ３８、３９を回転させるモータのシャフト４９、５０の軸にそれぞれ共通に取り付けられていて、発光素子と受光素子とを備えたフォトインタラプタ３６の光路を遮るように回転するものである。

この構成により、スリット３６ｂがフォトインタラプタ３６の光路を通過するときは、前記光路を遮るものが無いので、スリットの通過時点を検出することができる。従って、スリット３６ｂの位置を回転アンテナ３８、３９の原点と設定しておくことで、各モータに取り付けられたフォトインタラプタ３６により回転アンテナの原点を検出することができるものである。

また、制御手段４１１は、原点検出機構で検出できる原点を基準として、回転アンテナ３８、３９の指向性の強い部分を局所加熱箇所に集中させるときの回転アンテナ３８、３９の角度（停止位置）を予め記憶しているアンテナ角度記憶部を有している。回転アンテナ３８、３９の動作を制御して局所加熱を実行する際には、アンテナ角度記憶部の情報が参照される。

なお、ここまで、回転アンテナが二つの場合について説明してきたが、回転アンテナの数はこれに限られず二個以上の複数個でも良く、例えば、図１０に示すように、三つの回転アンテナを有する構成としても良い。図１０に示す状態では、各回転アンテナの端部が、加熱室内の中央付近を向いており、その中央付近に位置する食品を集中的に加熱することができる。

次に、図１１を参照して、本実施の形態１の電子レンジ３１が備える温度検出手段について説明する。この温度検出手段は、基板１９上に一列に並んで設けられた複数の赤外線検出素子１３と、基板１９全体を収納するケース１８と、ケース１８を赤外線検出素子１３が並んでいる方向と垂直に交わる方向に移動させるステッピングモータ１１と、を備えるものである。

基板１９上には、赤外線検出素子１３を封入する金属製のカン１５と、赤外線検出素子の動作を処理する電子回路２０とが設けられている。また、カン１５には赤外線が通過するレンズ１４が設けられている。また、ケース１８には、赤外線を通過させる赤外線通過孔１６と、電子回路２０からのリード線を通過させる孔１７とが設けられている。

この構成により、ステッピングモータ１１が回転運動することで、ケース１８を、赤外線検出素子１３が一列に並んでいる方向とは垂直方向に移動させることができる。

図１２は、図１中のＣ−Ｃ‘断面における赤外線温度検出スポットを説明する図である。図に示すように、本実施の形態１の電子レンジ３１は、温度検出手段のステッピングモータ１１が往復回転動作することにより、加熱室３４内のほぼ全ての領域の温度分布を検出することができるものである。

具体的には、例えば、まず図１２中のＡ１〜Ａ４の領域の温度分布を、温度検出手段が有する一列に並んだ温度検出素子１３（例えば、赤外線センサ）が同時に検出する。次に、ステッピングモータ１１が回転動作しケース１８が移動するとき、温度検出素子１３がＢ１〜Ｂ４の領域の温度分布を検出する。さらに、ステッピングモータ１１が回転動作してケース１８が移動するとき、温度検出素子１３がＣ１〜Ｃ４の領域の温度分布を検出し、同様に、Ｄ１〜Ｄ４の領域の温度分布が検出される。

また、上述の動作に続けて、ステッピングモータ１１が逆回転することで、Ｄ１〜Ｄ４の領域側から、Ｃ１〜Ｃ４、Ｂ１〜Ｂ４、Ａ１〜Ａ４の順に、温度分布を検出する。温度検出手段は、以上の動作を繰り返すことで、加熱室３４内の全体の温度分布を検出することができる。

次に、図１３を参照して、制御手段４１１の概略構成を説明する。制御手段４１１は、回転アンテナ３８、３９の動作を制御するアンテナ制御部１０１と、加熱室３４内に載置された被加熱物が食品であるか否かを判定する食品判定部１０２と、加熱処理のうち初期段階の終了を判定する加熱初期段階終了判定部１０３と、加熱処理全体の終了を判定する加熱終了判定部１０４とを有する構成である。

食品判定部１０２は、被加熱物の初期温度分布を記憶する初期温度分布記憶部１０８と、被加熱物の単位時間あたりの温度上昇率を算出する温度上昇率算出部１０９と、を有し、算出した温度上昇率が所定以上の場合に、被加熱物が食品であると判定するものである。これは、すなわち、温度を検出した領域が、被加熱物を載せる載置台であるのか又は加熱対象である食品であるのかを判定するものである。これは載置台はマイクロ波を透過してほとんど温度上昇しないが、食品はマイクロ波を吸収して温度上昇しやすい、その特性の違いにより判別するものである。

加熱初期段階終了判定部１０３は、例えば、加熱開始から所定時間が経過した場合に加熱初期段階が終了したと判定する判定条件や、被加熱物の最高温度が所定温度以上に到達した場合に加熱初期段階が終了したと判定する判定条件や、また、加熱開始から被加熱物の温度変化の最高値が所定以上である場合に加熱初期段階が終了したと判定する判定条件を用いて、加熱処理の初期段階が終了したことを判定するものである。

加熱終了判定部１０４は、例えば、被加熱物の温度分布のうち最高温度が予め設定された設定温度を超えるときに加熱処理を終了すると判定する判定条件や、食品と判定した箇所の平均温度が設定温度を越えるときに加熱処理を終了する判定条件や、また、被加熱物の最高温度が所定温度に到達するのに要する時間を測定し、その要した時間の一定の割合（例えば、５０％）を追加加熱時間として加熱処理し、その後追加加熱時間が終了したときに加熱処理を終了する構成等により、加熱処理の終了を判定するものである。

アンテナ制御部１０１は、加熱室内を均一加熱させるべく回転アンテナ３８、３９の動作を制御する分散加熱モード制御部１０５と、被加熱物の低温部分を加熱すべく回転アンテナ３８、３９の動作を制御する局所加熱（スポット加熱）モード制御部１０６と、加熱室内に載置された被加熱物の低温部を検出する低温部抽出部１０７とを有する構成である。

分散加熱モード制御部１０５は、例えば、マイクロ波発振中に所定の位置で停止させることで局所的な加熱のできる二つの回転アンテナ３８、３９を、その停止位置を刻々と変化させることで分散加熱を実現したり、回転アンテナ３８、３９を連続的に回転させることで分散加熱を実現したり、また、回転アンテナ３８、３９の停止位置をランダムに変えることで分散加熱を実現する構成である。

局所加熱モード制御部１０６は、低温部抽出部１０７より最低温度箇所の情報を得て、局所加熱すべく回転アンテナ３８、３９の向きを制御する構成である。例えば、最低温度箇所が、図１２中のＢ２、Ｂ３、Ｃ２、Ｃ３のいずれかであれば、回転アンテナ３８、３９が中央を加熱する向き、すなわち図４に示した停止位置に回転アンテナ３８、３９を停止させる。

また、最低温度箇所が、図１２中のＢ１、Ｃ１のいずれかであれば、回転アンテナ３８，３９が左方向を加熱する向き、すなわち図５に示した停止位置に回転アンテナ３８、３９を停止させる。また、最低温度箇所が、図１２中のＢ４、Ｃ４のいずれかであれば、回転アンテナ３８，３９が右方向を加熱する向き、すなわち図６に示した停止位置に回転アンテナ３８、３９を停止させる。

また、最低温度箇所が、図１２中のＡ２、Ａ３のいずれかであれば、回転アンテナ３８，３９が前方を加熱する向き、すなわち図７に示した停止位置に回転アンテナ３８、３９を停止させる。また、最低温度箇所が、図１２中のＤ２、Ｄ３のいずれかであれば、回転アンテナ３８，３９が後方を加熱する向き、すなわち図８に示した向きに回転アンテナ３８、３９を停止させる。

以上のように、制御手段４１１は、温度検出手段が検出した最低温度箇所に応じて、回転アンテナ３８、３９の停止位置を制御するものであるが、このとき、回転アンテナが所定の位置に停止したまま加熱室内にマイクロ波を放射しつづけると、回転アンテナ自体が昇温し過ぎて融解する恐れがある。

この点を鑑みて、制御手段４１１の局所加熱モード制御部１０６は、上述の局所加熱モード時に、回転アンテナを目標角度（停止位置）を中心として所定角度（例えば、±５度）程度往復揺動させるものである。これにより、局所的加熱効果に影響を与えることなく回転アンテナの劣化を防止することができる。また、マイクロ波放射中に回転アンテナが停止しつづけることで、回転アンテナの一部にマイクロ波が集中しすぎて、過剰加熱することを防止する。この往復揺動動作は、局所加熱開始時から行っても良いが、局所加熱開始時から所定時間経過後（例えば、３０秒〜１分後）に開始する構成としてもよい。

この往復揺動動作を実行するために、制御手段４１１は、回転アンテナ３８、３９が停止することを許容する上限時間を予め記憶する停止上限時間記憶部と、回転アンテナが停止している時間をカウントする停止時間計時部と、回転アンテナ３８、３９を往復揺動させる角度を記憶する往復角度記憶部と、を有している。

また、局所加熱開始時から所定時間経過後（例えば、３０秒〜１分後）に回転アンテナを所定角度（例えば、５度）だけ回転させる構成としても良い。

また、制御手段４１１は、回転アンテナ３８、３９が所定の停止位置（角度）にあるときを原点として記憶している。そして、制御手段４１１は、例えば、加熱処理実行前または加熱処理実行後に回転アンテナ３８、３９の原点を確認する原点検出モードを実行する。

原点検出モード中は、回転アンテナ３８、３９の角度を特定することができず、このままマイクロ波を発振すると不本意な加熱状態を起こし不良の原因となってしまうことがある。そこで、制御手段４１１は、原点検出モード中で回転アンテナを駆動している間は、マグネトロンの動作を停止する制御を行う。

また、制御手段４１１は、原点検出モードを加熱処理終了後に行い、原点を検出した状態で非加熱時に待機する。これにより、加熱処理を開始する前に原点検出のための待機時間が発生するのを防ぐことできる。

また、制御手段４１１は、原点検出モードで原点が見つからなかった場合には、エラーと判定してそれ以降の加熱処理の実行を禁止するメニューと、回転アンテナ３８，３９を停止させた状態で加熱処理を実行するメニューと、を有するものである。この構成により、調理メニューに応じて、例えば、加熱室３４内の温度分布の偏っていても構わないメニュー（単に加熱処理できればムラがあっても良い場合等）のときは、回転アンテナ３８、３９の動作を停止したまま加熱処理を実行するので、ユーザに対して最低限の機能を提供することができる。

なお、原点が検出できない場合は、回転アンテナ３８、３９を駆動するモータ４０、４１が故障している場合もあり、その状態のまま回転アンテナ３８、３９を動作させることは危険であるので、回転アンテナ３８、３９の動作は停止させるものである。

一方、加熱室３４内の温度分布が偏っていたのではユーザが所望する出来栄えの加熱処理を実現することができないメニューのときは、加熱処理の実行自体を禁止するものである。

また、制御手段４１１は、加熱開始の初期段階においては分散加熱モードで加熱室３４全体を均一加熱し、加熱室３４内の温度分布に差が生じはじめたときに局所加熱モードに移行するものとしても良い。加熱開始の初期段階では加熱室３４内の温度分布に差がないので、分散加熱モードが効率よく加熱室３４全体を昇温させることができる。

また、制御手段４１１は、加熱開始の初期段階においては、まず、加熱室３４内の中央付近を局所的に加熱するものとしても良い。通常、加熱室内の温度分布に差がない状態から加熱処理を開始すると、加熱室の中央付近が最も昇温しにくい。従って、まず、加熱室３４内の中央付近を局所加熱し、その後、分散加熱を行って加熱室全体の均一加熱を行うことで、効率よく加熱室全体を均一加熱することができる。

また、各回転アンテナ３８、３９を駆動するモータ４０、４１は、例えば、ステッピングモータとしても良い。このとき、制御手段４１１は、各回転アンテナ３８、３９に取り付けられた各ステッピングモータに対してパルスを入力するタイミングを、各ステッピングモータ毎に時間差を設けて同時にならないように制御すると良い。同時にパルスを入力すると、そのタイミングで必要な電流が増大し、電子レンジ３１に大電流に対応可能な回路を設置しなければならなくなるが、時間差を設けてパルスを入力することで回路が大型化するのを防止できる。

次に、本実施の形態１の電子レンジ３１の動作について説明する。まず、加熱初期段階時の動作について、図１４を参照して説明する。

まず、加熱処理が開始されると、マグネトロン３２がマイクロ波を発生させ、そのマイクロ波が導波菅を介して加熱室３４内に伝送される（Ｓ１０１）。このとき、温度検出手段は、加熱初期時点での加熱室３４内の温度分布を検出し、制御手段４１１は温度分布の検出結果を記憶する（Ｓ１０２）。

次に、制御手段４１１は、分散加熱を実現するために、例えば、回転アンテナ３８、３９を一定速度で回転させる（Ｓ１０３）。一定時間経過後、温度検出手段は、再び加熱室３４内の温度分布を検出する（Ｓ１０４）。

そして、制御手段４１１の加熱初期段階終了判定部１０３は、Ｓ１０２の段階で検出した加熱初期段階での加熱室内の温度分布と、Ｓ１０４の段階で検出した一定時間経過後の加熱室内の温度分布とを参照して、一定の加熱初期段階終了の判定条件が見たされているか否かを判断する。判定条件が具備されていなかった場合は（Ｓ１０５−Ｎｏ）、続けて加熱室３４内を分散加熱し、所定時間経過後に再び加熱室３４内の温度分布を検出する。

判定条件が具備されていた場合は（Ｓ１０５−Ｙｅｓ）、温度検出手段が温度を検出した各領域が、食品が載置された領域であるか否かを判定するステップに移行する。このステップでは、例えば、温度を検出した各領域の単位時間あたりの温度上昇率を参照し、所定値以上である場合には、その領域に食品が載置されていると判断する。また、温度を検出した各領域について初期温度を参照し、その初期温度がマイナスだった場合（例えば、冷凍食品等が想定される）に、その領域は食品が載置されている領域と判断しても良い。このように、Ｓ１０６のステップにおいては、加熱室３４内の全領域のうち、食品が載置されている領域と、食品が載置されていないその他の領域とを判別し、制御手段４１１に記憶しておく。（Ｓ１０６）。

加熱初期段階が終了すると、電子レンジ３１は、続けて、加熱フィードバック段階へ移行する。図１５を参照して、加熱フィードバック段階の動作について説明する。電子レンジ３１の温度分布検出手段は、加熱初期段階が終了した後、加熱室３４内の全体の温度分布を検出する（Ｓ１０７）。そして、加熱室３４内で食品が載置されていると判定されている領域内での最低温度の領域を抽出、すなわち、食品箇所のうち最低温度箇所を抽出する（Ｓ１０８）。

その最低温度箇所が図１２中のＢ２、Ｂ３、Ｃ２、Ｃ３のいずれかの領域であるか否かを判定する（Ｓ１０９）。最低温度箇所がＢ２、Ｂ３、Ｃ２、Ｃ３のいずれかの領域であった場合は（Ｓ１０９−Ｙｅｓ）、制御手段４１１は、回転アンテナ３８、３９が加熱３室３４内の中央を加熱する向き、すなわち図４に示した停止位置に回転アンテナ３８、３９を停止させるように動作制御を実行する（Ｓ１１７）。

最低温度箇所がＢ２、Ｂ３、Ｃ２、Ｃ３のいずれの領域でもなかった場合は（Ｓ１０９−Ｎｏ）、続けて、食品箇所のうち最低温度箇所がＢ１、Ｃ１のいずれかである否かを判定する（Ｓ１１０）。

最低温度箇所がＢ１、Ｃ１、のいずれかの領域であった場合は（Ｓ１１０−Ｙｅｓ）、制御手段４１１は、回転アンテナ３８、３９が加熱室３４内の左方向を加熱する向き、すなわち図５に示した停止位置に回転アンテナ３８、３９を停止させるように動作制御を実行する（Ｓ１１８）。

最低温度箇所がＢ１、Ｃ１のいずれの領域でもなかった場合は（Ｓ１１０−Ｎｏ）、続けて、食品箇所のうち最低温度箇所がＢ４、Ｃ４のいずれかである否かを判定する（Ｓ１１１）。

最低温度箇所がＢ４、Ｃ４、のいずれかの領域であった場合は（Ｓ１１１−Ｙｅｓ）、制御手段４１１は、回転アンテナ３８、３９が加熱室３４内の右方向を加熱する向き、すなわち図６に示した停止位置に回転アンテナ３８、３９を停止させるように動作制御を実行する（Ｓ１１９）。

最低温度箇所がＢ４、Ｃ４のいずれの領域でもなかった場合は（Ｓ１１１−Ｎｏ）、続けて、食品箇所のうち最低温度箇所がＡ２、Ａ３のいずれかである否かを判定する（Ｓ１１２）。

最低温度箇所がＡ２、Ａ３、のいずれかの領域であった場合は（Ｓ１１２−Ｙｅｓ）、制御手段４１１は、回転アンテナ３８、３９が加熱室３４内の前方向を加熱する向き、すなわち図７に示した停止位置に回転アンテナ３８、３９を停止させるように動作制御を実行する（Ｓ１２０）。

最低温度箇所がＡ２、Ａ３のいずれの領域でもなかった場合は（Ｓ１１２−Ｎｏ）、続けて、食品箇所のうち最低温度箇所がＤ２、Ｄ３のいずれかであるか否かを判定する（Ｓ１１３）。

最低温度箇所がＤ２、Ｄ３、のいずれかの領域であった場合は（Ｓ１１３−Ｙｅｓ）、制御手段４１１は、回転アンテナ３８、３９が加熱室３４内の後方向を加熱する向き、すなわち図８に示した停止位置に回転アンテナ３８、３９を停止させるように動作制御を実行する（Ｓ１２１）。

最低温度箇所がＤ２、Ｄ３のいずれの領域でもなかった場合は（Ｓ１１３−Ｎｏ）、続けて、制御手段４１１は、回転アンテナ３８、３９を一定回転させて加熱室３４内を均一加熱する分散加熱モードに移行する（Ｓ１１４）。

制御手段４１１は、Ｓ１１４、Ｓ１１７〜Ｓ１２１のいずれかステップを実行した後に、終了判定を行う（Ｓ１１５）。例えば、食品の温度分布のうち最高温度が予め設定された設定温度を超えるときに加熱処理を終了すると判定する加熱処理終了判定条件や、食品と判定した箇所の平均温度が設定温度を越えるときに加熱処理を終了すると判定する加熱処理終了判定条件を満たしているか否かを判定する。

加熱処理終了判定条件を満たしていた場合は（Ｓ１１５−Ｙｅｓ）、加熱処理を終了する（Ｓ１１６）。加熱処理終了判定条件を満たしていない場合は（Ｓ１１５−Ｎｏ）、Ｓ１０７のステップの段階に移行し、再びＳ１０７以降のステップを繰り返す。

以上のように、本実施の形態１の電子レンジ３１は、二つの回転アンテナにより加熱室３４内の特定の箇所を集中的に加熱することができるものであり、加熱処理中に被加熱物である食品の温度分布を検出し、その食品の最低温度箇所にスポットを当てて局所的に加熱することができるので、食品をムラなく加熱処理することができる。

また、局所的加熱と分散加熱とを食品の温度分布に応じて切り換えることができ、すなわち必要な箇所にマイクロ波を集中させることができるので、効率よく短時間で食品を加熱することができる。

なお、図１５において説明した加熱フィードバック段階の動作制御については、食品の最低温度箇所を探索する順序はこれに限られず、結果として食品全体を探索するものであれば他の順序で実行しても良い。

（実施の形態２）
図１６は、本実施の形態２の電子レンジの加熱フィードバック段階を説明するフローチャートである。なお、以下の説明では、上述した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態２の電子レンジ３１は、加熱初期段階が終了した後、図１６に示す加熱フィードバック段階に移行する。図１５に示した実施の形態１の加熱フィードバック制御と図１６に示した本実施の形態２の加熱フィードバック制御との違いは、本実施の形態２の加熱フィードバック制御が、加熱室３４内の各領域（Ａ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ４、Ｃ１〜Ｃ４、Ｄ１〜Ｄ４）を、中央領域Ａ（Ｂ２、Ｂ３、Ｃ２、Ｃ３）と左側領域Ｂ（Ｂ１、Ｃ１）と右側領域Ｃ（Ｂ４、Ｃ４）と前方領域Ｄ（Ａ２、Ａ３）と後方領域Ｅ（Ｄ２、Ｄ３）とに分類し、その分類した領域内の食品箇所の平均温度に基づいて加熱フィードバックを行う点にある。

図１６を参照して、本実施の形態２の加熱フィードバック段階の動作制御について説明する。電子レンジ３１の温度検出手段は、加熱初期段階が終了した後、加熱室３４内の全体の温度分布を検出する（Ｓ２０１）。そして、中央領域Ａ（Ｂ２、Ｂ３、Ｃ２、Ｃ３）と左側領域Ｂ（Ｂ１、Ｃ１）と右側領域Ｃ（Ｂ４、Ｃ４）と前方領域Ｄ（Ａ２、Ａ３）と後方領域Ｅ（Ｄ２、Ｄ３）毎に食品箇所の平均温度を算出する（Ｓ２０２）。

続けて、分類した各領域（Ａ〜Ｆ）のうち平均温度が最低である領域を求め、その結果に応じて回転アンテナ３８、３９の動作を制御する。まず、分類した各領域（Ａ〜Ｆ）のうち最低温度領域（平均温度が最低である領域）が中央領域Ａであるか否かを判定する。最低温度領域が中央領域Ａであった場合（Ｓ２０３−Ｙｅｓ）、制御手段４１１は、回転アンテナ３８、３９が加熱室３４内の中央を加熱する向き、すなわち図４に示した停止位置に回転アンテナ３８、３９を停止させるように動作制御を実行する（Ｓ２１０）。

最低温度領域が中央領域Ａでなかった場合は（Ｓ２０３−Ｎｏ）、続けて、分類した各領域（Ａ〜Ｆ）のうち最低温度領域が左側領域Ｂであるか否かを判定する（Ｓ２０４）。
最低温度領域が左側領域Ｂであった場合（Ｓ２０４−Ｙｅｓ）、制御手段４１１は、回転アンテナ３８、３９が加熱室３４内の左側を加熱する向き、すなわち図５に示した停止位置に回転アンテナ３８、３９を停止させるように動作制御を実行する（Ｓ２１１）。

最低温度領域が左側領域Ｂでなかった場合は（Ｓ２０４−Ｎｏ）、続けて、分類した各領域（Ａ〜Ｆ）のうち最低温度領域が右側領域Ｃであるか否かを判定する（Ｓ２０５）。
最低温度領域が右側領域Ｃであった場合（Ｓ２０５−Ｙｅｓ）、制御手段４１１は、回転アンテナ３８、３９が加熱室３４内の右側を加熱する向き、すなわち図６に示した停止位置に回転アンテナ３８、３９を停止させるように動作制御を実行する（Ｓ２１２）。

最低温度領域が右側領域Ｃでなかった場合は（Ｓ２０５−Ｎｏ）、続けて、分類した各領域（Ａ〜Ｆ）のうち最低温度領域が前方領域Ｄであるか否かを判定する（Ｓ２０６）。
最低温度領域が前方領域Ｄであった場合（Ｓ２０６−Ｙｅｓ）、制御手段４１１は、回転アンテナ３８、３９が加熱室３４内の前方側を加熱する向き、すなわち図７に示した停止位置に回転アンテナ３８、３９を停止させるように動作制御を実行する（Ｓ２１３）。

最低温度領域が前方領域Ｄでなかった場合は（Ｓ２０６−Ｎｏ）、続けて、分類した各領域（Ａ〜Ｆ）のうち最低温度領域が後方領域Ｅであるか否かを判定する（Ｓ２０７）。
最低温度領域が後方領域Ｅであった場合（Ｓ２０７−Ｙｅｓ）、制御手段４１１は、回転アンテナ３８、３９が加熱室３４内の後方側を加熱する向き、すなわち図８に示した停止位置に回転アンテナ３８、３９を停止させるように動作制御を実行する（Ｓ２１４）。

最低温度箇所が後方領域Ｅでもなかった場合は（Ｓ２０７−Ｎｏ）、続けて、制御手段４１１は、回転アンテナ３８、３９を一定回転させて加熱室３４内を均一加熱する分散加熱モードに移行する（Ｓ２０８）。

制御手段は、Ｓ２０８、Ｓ２１０〜Ｓ２１４のいずれかステップを実行した後に、終了判定を行う（Ｓ２０９）。実施の形態１と同様に、例えば、食品の温度分布のうち最高温度が、予め設定された設定温度を超えるときに加熱処理を終了すると判定したり、食品と判定した箇所の平均温度が設定温度を越えるときに加熱処理を終了すると判定する加熱処理終了判定条件を満たしているか否かを判定する。

加熱処理終了判定条件を満たしていた場合は（Ｓ２０９−Ｙｅｓ）、加熱処理を終了する（Ｓ１１６）。加熱処理終了判定条件を満たしていない場合は（Ｓ２０９−Ｎｏ）、Ｓ２０１のステップの段階に移行し、再びＳ２０１以降のステップを繰り返す。

このように、本実施の形態２の電子レンジ３１は、分類した一定領域内（Ａ〜Ｅ）の食品箇所の平均温度に基づいて、局所加熱箇所を決定するので、食品の一箇所だけが極端に低い場合であっても、食品全体として加熱が必要な箇所に対して集中加熱を行うことができる。

（実施の形態３）
本実施の形態３の電子レンジとして、回転アンテナの変形例について説明する。なお、以下の説明では、上述した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。例えば、回転アンテナとしては、図１７に示すように、円板形状の一部に開口部を有するものであっても良い。

具体的には、図１７中、回転アンテナ８３、８４は、放射部８５、８６上に円弧形状の開口部８７、８８を有している。この開口部８７、８８は、幅方向の長さＬ１が加熱室内に放射されるマイクロ波の波長の４分の１以上としている。従って、回転アンテナ８３、８４は、停止しているときは開口部に放射指向性がある構成となり、加熱室３４内の特定の領域を局所的に加熱することを可能とする。

また、回転アンテナの他の変形例としては、例えば、図１８に示すように、長方形状の回転アンテナ９０、９１がある。この回転アンテナ９０、９１は、長方形状のうち３辺側が加熱室底面側に曲げられた曲げ部９４、９５を有し、残り１辺部分９２，９３が折り曲げておらず、その折り曲げられていない辺部分９２、９３に指向性が強い構成となり、加熱室３４内の特定の領域を局所的に加熱することを可能とする。

また、回転アンテナの他の変形例としては、例えば、図１９に示すように、長方形状の回転アンテナ２０１、２０２がある。回転アンテナ２０１、２０２は、長方形状の４辺側に加熱室底面側に曲げられた曲げ部２０３、２０４を有し、さらに、放射部２０６、２０７上に開口部２０８、２０９を有することで指向性が強い構成となり、加熱室３４内の特定の領域を局所的に加熱することを可能とする。

また、各回転アンテナは、互いの間隔を５[ｍｍ]以上空けるものとしている。これにより、各回転アンテナが互いに干渉して回転アンテナの一部等が過剰加熱で破損することを防止することができる。

なお、以上に示した実施の形態は様々に組み合わせて実施することができるものである。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

以上のように、本発明は、加熱室に配置された回転アンテナの放射指向性の強い部位を所定の向きに制御して特定の被加熱物を集中加熱することができるので、食品などの各種誘電体の加熱、解凍、陶芸加熱、乾燥、焼結、或いは生体化学反応等の用途にも適用することができるものである。

本発明の実施の形態１のマイクロ波加熱装置の正面断面構成図 同マイクロ波加熱装置の側面断面構成図（図１中のＡ−Ａ‘断面図） 同マイクロ波加熱装置の平面断面構成図（図１中のＢ−Ｂ‘断面図） 加熱室内の中央付近を局所加熱するときの回転アンテナの向きを説明する図 加熱室内の左側を局所加熱するときの回転アンテナの向きを説明する図 加熱室内の右側を局所加熱するときの回転アンテナの向きを説明する図 加熱室内の前方を局所加熱するときの回転アンテナの向きを説明する図 加熱室内の後方を局所加熱するときの回転アンテナの向きを説明する図 回転アンテナの原点検出機構を説明する図（図１中のＤ−Ｄ‘断面図） 三つの回転アンテナを有する構成のマイクロ波加熱装置の平面断面図 温度分布検出手段の概略断面構成図 図１中のＣ−Ｃ‘断面における赤外線温度検出スポットを説明する図 制御手段４１１の概略構成図 加熱初期段階の制御動作を説明するフローチャート 加熱フィードバック段階の制御動作を説明するフローチャート 実施の形態２の加熱フィードバック段階の制御動作を説明するフローチャート 回転アンテナの変形例を示す図 回転アンテナの変形例を示す図 回転アンテナの変形例を示す図

符号の説明

１０ 温度センサ（温度検出手段）
３１ 電子レンジ（マイクロ波加熱装置 ）
３２ マグネトロン（マイクロ波発生手段 ）
３３ 導波管
３４ 加熱室
３５ 載置台
３７ アンテナ空間
３８、３９、 回転アンテナ
４０、４１ モータ（駆動手段）
４１１ 制御手段

Claims (4)

1. マイクロ波発生手段と、
   前記マイクロ波発生手段からマイクロ波を伝送する導波管と、
   前記マイクロ波で加熱する被加熱物を収納する加熱室と、
   前記導波管から前記加熱室に前記マイクロ波を放射するための複数の回転アンテナと、
   前記回転アンテナを回転駆動する駆動手段と、
   前記加熱室内の温度分布を検出する温度分布検出手段と、
   前記温度分布検出手段の検出結果に基づき前記駆動手段を制御して前記回転アンテナの向きを制御する制御手段とを有し、
   前記制御手段は、前記複数の回転アンテナのうち少なくとも一つの回転アンテナを、放射指向性の強い部位を前記温度分布検出手段の検出結果に基づき決定した向きに制御して集中加熱する構成としたマイクロ波加熱装置。
2. 前記制御手段は、前記加熱室内の特定の領域に対して前記回転アンテナの放射指向性の強い部分を向けるときの前記回転アンテナの角度を記憶するアンテナ角度記憶部を有し、
   前記温度分布検出手段が検出した各検出領域の温度のうち低温部分に回転アンテナの放射指向性の強い部分を向ける請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
3. 前記制御手段は、前記回転アンテナが所定の角度で停止する上限時間を記憶する停止上限時間記憶部と、前記回転アンテナが停止している時間をカウントする停止時間計時部とを有し、前記停止時間計時部がカウントした時間が前記停止上限時間記憶部が記憶する時間に到達するとき、所定角度ずらした位置に前記回転アンテナを移動させる請求項１又は２に記載のマイクロ波加熱装置。
4. 前記制御手段は、往復角度を記憶する往復角度記憶部を有し、前記温度分布検出手段が検出した検出結果に基づき前記アンテナ角度記憶部を参照して決定された角度を中心として、前記往復角度記憶部が記憶する角度だけ前記回転アンテナを往復揺動させる請求項２または３いずれか一項に記載のマイクロ波加熱装置。

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