JP2008281283A - 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】加熱室にマイクロ波を放射するための複数の回転アンテナ３８，３９と、回転アンテナを回転駆動する駆動手段４０，４１と、加熱室内の温度分布を検出する温度分布検出手段１０と、マイクロ波発生手段および前記駆動手段を制御する制御手段４１１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局所を加熱する局所加熱モードと、前記複数の回転アンテナの放射指向性の強い部位の向きを変更することで加熱箇所を分散させる分散加熱モードを有し、前記制御手段は加熱当初は分散加熱モードで加熱を開始し、途中から局所加熱モードに切り替える構成とした。
【選択図】図１３

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であった。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配置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、前記マイクロ波発生手段および前記駆動手段を制御する制御手段を有し、
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局所を加熱する局所加熱モードと、前記複数の回転アンテナの放射指向性の強い部位の向きを変更することで加熱箇所を分散させる分散加熱モードを有し、かつ、前記制御手段は加熱当初は分散加熱モードで加熱を開始し、途中から局所加熱モードに切り替える構成としたものである。

この構成により、回転アンテナの放射指向性の強い部位の向きを変更することで加熱箇所を分散させる分散加熱モードと、温度分布検出手段の検出に基づいて回転アンテナの放射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局所加熱制御モードを使い分けることで、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ことができるとともに、加熱当初は分散加熱制御モードで回転アンテナを制御し、それで温度差が生じ始めると加熱途中から局所加熱制御モードで回転アンテナを制御するので、自在に食品の温度分布を制御できる。

また本発明のマイクロ波加熱装置は、前記局所加熱モードは、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位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位を向ける構成としたものである。

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、前記制御手段は、前記温度分布検出手段が検出する温度のうち最高温度が所定温度を超えたときに前記分散加熱モードから前記局所加熱モードに切り替える構成としたものである。

この構成により、最高温度が所定温度を超えると分散加熱モードから局所加熱モードに切り替わるので、最高温度部分のそれ以上の温度上昇を抑えることが可能になり、適切に局所加熱を行うことができる。

また本発明のマイクロ波加熱装置は、前記制御手段は、前記温度分布検出手段が検出した温度と前記温度分布検出手段が加熱開始初期に検出した温度との温度差のうち最大温度差が所定温度差を超えたときに前記分散加熱モードから前記局所加熱モードに切り替える構成としたものである。

この構成により、初期からの温度変化の最大値が所定温度変化以上になると、分散加熱モードから局所加熱モードに切り替わるので、温度変化の最大部分はそれ以上の温度変化を抑制することが可能になり、適切に局所加熱を行うことができる。

また本発明のマイクロ波加熱装置は、前記制御手段は、加熱開始時点からの経過時間を計時するタイマーを有し、前記タイマーが所定時間経過を計時したら前記分散加熱モードから前記局所加熱モードに切り替える構成としたものである。

この構成により、初期から所定時間経過すると、分散加熱モードから局所加熱モードに切り替えることができ、必要に応じて適切に局所加熱を行うことができる。

また本発明のマイクロ波加熱装置は、前記制御手段は、前記温度分布検出手段が検出した温度から食品部分の温度を抽出し、前記食品部分の最大温度差が所定温度差を越えたときに前記分散加熱モードから前記局所加熱モードに切り替える構成としたものである。

この構成により、実際の食品部分の温度の最大温度差が大きくなれば、分散加熱モードから局所加熱モードに切り替わるので、食品内での温度差を抑制することができ、適切に局所加熱を行うことができる。

また本発明のマイクロ波加熱装置は、前記制御手段は、局所加熱モード中に、前記食品部分の最大温度差が所定温度差以内になれば前記局所加熱モードから前記分散加熱モードに戻す構成としたものである。

この構成により、実際の食品部分の温度の最大温度差が大きくなれば、分散加熱モードから局所加熱モードに切り替わり、また最大温度差が小さくなれば、局所加熱モードから分散加熱モードに戻るものであり、食品内での温度差を抑制することができ、適切に局所加熱を行うことができる。

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。

第１の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、前記マイクロ波発生手段および前記駆動手段を制御する制御手段を有し、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局所を加熱する局所加熱モードと、前記複数の回転アンテナの放射指向性の強い部位の向きを変更することで加熱箇所を分散させる分散加熱モードを有し、かつ、前記制御手段は加熱当初は分散加熱モードで加熱を開始し、途中から局所加熱モードに切り替える構成としたものである。

この構成により、回転アンテナの放射指向性の強い部位の向きを変更することで加熱箇所を分散させる分散加熱モードと、温度分布検出手段の検出に基づいて回転アンテナの放射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局所加熱制御モードを使い分けることで、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ことができるとともに、加熱当初は分散加熱制御モードで回転アンテナを制御
し、それで温度差が生じ始めると加熱途中から局所加熱制御モードで回転アンテナを制御するので、自在に食品の温度分布を制御できる。

第２の発明のマイクロ波加熱装置は、前記局所加熱モードは、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位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位を向ける構成としたものであり、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。

第３の発明のマイクロ波加熱装置は、前記制御手段は、前記温度分布検出手段が検出する温度のうち最高温度が所定温度を超えたときに前記分散加熱モードから前記局所加熱モードに切り替える構成としたものであり、最高温度が所定温度を超えると分散加熱モードから局所加熱モードに切り替わるので、最高温度部分のそれ以上の温度上昇を抑えることが可能になり、適切に局所加熱を行うことができる。

第４の発明のマイクロ波加熱装置は、前記制御手段は、前記温度分布検出手段が検出した温度と前記温度分布検出手段が加熱開始初期に検出した温度との温度差のうち最大温度差が所定温度差を超えたときに前記分散加熱モードから前記局所加熱モードに切り替える構成としたものであり、初期からの温度変化の最大値が所定温度変化以上になると、分散加熱モードから局所加熱モードに切り替わるので、温度変化の最大部分はそれ以上の温度変化を抑制することが可能になり、適切に局所加熱を行うことができる。

第５の発明のマイクロ波加熱装置は、前記制御手段は、加熱開始時点からの経過時間を計時するタイマーを有し、前記タイマーが所定時間経過を計時したら前記分散加熱モードから前記局所加熱モードに切り替える構成としたものであり、初期から所定時間経過すると、分散加熱モードから局所加熱モードに切り替えることができ、必要に応じて適切に局所加熱を行うことができる。

第６の発明のマイクロ波加熱装置は、前記制御手段は、前記温度分布検出手段が検出した温度から食品部分の温度を抽出し、前記食品部分の最大温度差が所定温度差を越えたときに前記分散加熱モードから前記局所加熱モードに切り替える構成としたものであり、実際の食品部分の温度の最大温度差が大きくなれば、分散加熱モードから局所加熱モードに切り替わるので、食品内での温度差を抑制することができ、適切に局所加熱を行うことができる。

第７の発明のマイクロ波加熱装置は、前記制御手段は、局所加熱モード中に、前記食品部分の最大温度差が所定温度差以内になれば前記局所加熱モードから前記分散加熱モードに戻す構成としたものであり、実際の食品部分の温度の最大温度差が大きくなれば、分散加熱モードから局所加熱モードに切り替わり、また最大温度差が小さくなれば、局所加熱モードから分散加熱モードに戻るものであり、食品内での温度差を抑制することができ、適切に局所加熱を行うことができる。

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構成図、図２は図１のＡ−Ａ’断面構成図、図３は図１のＢ−Ｂ’断面構成図である。

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。図９は図１のＤ−Ｄ’断面図であり、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。温度分布検出手段は、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、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１０１と、加熱処理の終了を判定する加熱終了判定部１０２と、回転アンテナ３８、３９の動作を制御するアンテナ制御部１０３とを有する構成である。

食品判定部１０１は、加熱開始初期の温度分布を記憶する初期温度分布記憶部１０４を有する。食品判定部１０１は、検出した温度分布と初期温度分布記憶部１０４で記憶している初期温度分布との差を算出し、その差に基づき食品かどうかを判定するものである。これは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のであるが、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。

加熱終了判定部１０２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したり、またはそれらの組合わせの構成等により、加熱処理の終了を判定するものである。

アンテナ制御部１０３は、分散加熱モード制御部１０５と、局所加熱モード制御部１０６と、いずれのモード制御部を採用してアンテナを制御するかを判定するモード判定部１０７と、モード判定部の判定によりモードを切替える切替部１０８を有する構成である。

分散加熱モード制御部１０５は、二つの回転アンテナ３８、３９を一定回転で回転させることにより、放射指向性の強い部位の位置を時々刻々変化させることで、マイクロ波を分散させるようにモータ４０、４１を制御するものである。

局所加熱モード制御部１０６は、二つの回転アンテナ３８、３９を所定角度に停止して、放射指向性の強い部位の位置を固定してマイクロ波を局所に集中させて加熱制御を行う。図４〜図８で示したような向きで二つの回転アンテナ３８、３９を停止させると、特定
の部分を局所加熱できるものであり、その回転アンテナの角度はアンテナ角度記憶部１０９に予め記憶されている。

また局所加熱モード制御部１０６は、低温部抽出部１１０を備えていて、低温部抽出部１１０は食品判定部１０１で食品と判定した箇所のうち、温度分布検出手段１０による検出温度が低温の部分を抽出する。そして局所加熱モード制御部１０６は、その低温部分の場所を局所加熱するための二つのアンテナ３８、３９の角度をアンテナ角度記憶部１０９より抽出し、その角度で停止するように二つのモータ４０、４１を制御するものである。

モード判定部１０７は、分散加熱モード制御部１０５と局所加熱モード制御部１０６のいずれで二つのアンテナ３８、３９の回転を制御するのかを判定するものである。加熱開始当初は食品全体は同じような温度であるから、局所を加熱する必要はなく、マイクロ波を分散させるように分散加熱モード制御部１０５を選択するように切替部１０８を制御する。分散加熱モード制御部１０５でマイクロ波を分散させながら加熱していると、やがて食品の中で高温部分と低温部分の温度差が生じ始めることが多いので、モード判定部１０７が切替部１０８を作動させて局所加熱モード制御部１０６に切替え、低温部を局所加熱するようにして温度上昇させ、温度差を低減するように制御する。

上記切替え制御は次のように行っている。すなわち、モード判定部１０７はタイマー１１１を備えていて、加熱開始から所定時間経過すると、分散加熱モード制御部１０５から局所加熱モード制御部１０６に切り替える。或は、温度分布検出手段１０からの入力で検出した温度の最高温度が所定温度を超えるまでは分散加熱モード制御部１０５で制御し、所定温度を超えると局所加熱モード制御部１０６に切り替えたり、初期温度からの温度変化の最大値が所定温度変化を超えるまでは分散加熱モード制御部１０５で制御し、所定温度を超えると局所加熱モード制御部１０６に切り替えたりする。また、食品判定部１０１で食品と判定した箇所の温度の最高と最低の差が所定以上なければ分散加熱モード制御部１０５で制御し、所定以上になると局所加熱モード制御部１０６に切り替える。この場合には、温度差が所定以上になり局所加熱モード制御部１０６で低温部を局所加熱すると、温度差が小さくなり再び所定以下になれば分散加熱モード制御部１０５に戻して制御する。

これらの切り替え制御は上記のいずれかひとつ或はそれらを組み合わせて行うものであり、その一例として本実施の形態で採用しているものを後述する。

次に、本実施の形態１の電子レンジ３１の動作について図１４のフローチャートを参照して説明する。加熱を開始すると、まず温度分布検出手段１０により初期の温度分布、即ち各温度検出箇所の初期温度Ｔ０を検出する（Ｓ２０１）。

次に温度分布検出手段１０により温度分布、即ち各温度検出箇所の温度を検出する（Ｓ２０２）。そして食品ポイント判定を行う（Ｓ２０３）。食品ポイント判定は食品判定部１０１により判定するもので、Ｓ２０２で検出した温度ＴとＳ２０１で検出した初期温度Ｔ０との差を算出し、更に経過時間ｔで除算することで、単位時間当たりの温度上昇率を算出する。この算出値が予め設定した温度上昇率ΔＴａより大きければ、その温度検出箇所は食品であると判定する。

次にＳ２０３で食品と判定した箇所の温度Ｔｆの中から最高温度Ｔｆｍａｘと最低温度Ｔｆｍｉｎを抽出し、その温度差（Ｔｆｍａｘ−Ｔｆｍｉｎ）を算出して、それがあらかじめ定めた所定の温度差Ｔｂより大きいかどうかを判定する（Ｓ２０４）。そして温度差が所定値より大きければ（Ｓ２０４−Ｙｅｓ）、局所加熱モード制御部１０６により二つのアンテナ３８、３９を制御し局所加熱を行う（Ｓ２０５）。温度差が所定値より大きく
なければ（Ｓ２０４−Ｎｏ）、分散加熱モード制御部１０５により二つのアンテナ３８、３９を制御して分散加熱を行う。

そして加熱終了判定部１０２により加熱終了するかどうかを判定し、まだ加熱終了しないのであればＳ２０２に戻って温度分布検出からの処理を繰り返し、加熱終了するのであれば、マグネトロン３２を停止して加熱を終了する。

次に、本発明の分散加熱／局所加熱の切替えを含む他の制御例について図１５のフローチャートを参照して説明する。加熱を開始すると、まず温度分布検出手段１０により各温度検出箇所の初期温度Ｔ０を検出し（Ｓ４０１）、次に温度分布検出手段１０により各温度検出箇所の温度を検出し（Ｓ４０２）、Ｓ４０２で検出した温度ＴとＳ４０１で検出した初期温度Ｔ０との差を算出し、経過時間ｔで除算した単位時間当たりの温度上昇率が予め設定した温度上昇率ΔＴａより大きければ、その温度検出箇所は食品であると判定する（Ｓ４０３）。ここまでは第１の実施の形態と同様である。

次にタイマー１１１でカウントした加熱開始からの経過時間が予め定めた所定時間を越えたかどうかを判定する（Ｓ４０４）。ここで所定時間を経過していれば（Ｓ４０４−Ｙｅｓ）、局所加熱モード制御部１０６により局所加熱制御する（Ｓ４０８）。所定時間を経過していなければ（Ｓ４０４−Ｎｏ）、次に温度分布検出手段で検出した温度の最高温度が予め定めた所定温度Ｔｃを超えているかどうかを判定する（Ｓ４０５）。ここで所定温度を超えていれば（Ｓ４０５−Ｙｅｓ）、局所加熱モード制御部１０６により局所加熱制御する（Ｓ４０８）。所定温度を超えていなければ（Ｓ４０５−Ｎｏ）、次に温度分布検出手段で検出した温度と初期温度との温度変化を算出し、その最大温度変化が予め定めた所定の温度変化ΔＴｄを超えたかどうかを判定する（Ｓ４０６）。ここで所定温度変化を超えていれば（Ｓ４０６−Ｙｅｓ）、局所加熱モード制御部１０６により局所加熱制御する（Ｓ４０８）。所定温度変化を超えていなければ（Ｓ４０６−Ｎｏ）、分散加熱モード制御部１０５で分散加熱制御する。

そして加熱終了判定部４０９により加熱終了するかどうかを判定し、まだ加熱終了しないのであればＳ４０２に戻って温度分布検出からの処理を繰り返し、加熱終了するのであれば、マグネトロン３２を停止して加熱を終了する。局所加熱モード制御Ｓ４０８については図１６を用いて後述する。

次に図１４の局所加熱モード制御Ｓ２０５及び図１５の局所加熱モード制御Ｓ４０８について、図１６のフローチャートを用いて説明する。前記した説明で食品ポイントと判定した温度検出箇所のうち最も低い温度の箇所を抽出する（Ｓ３０１）。

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（Ｓ３０２）。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（Ｓ３０２−Ｙｅｓ）、アンテナ制御部１０１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に示した停止位置をアンテナ角度記憶部１０８から選び、そこに回転アンテナ３８、３９を停止させるように動作制御を実行する（Ｓ３０８）。

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（Ｓ３０２−Ｎｏ）、続けて、食品箇所のうち最低温度箇所がＢ１、Ｃ１のいずれかであるか否かを判定する（Ｓ３０３）。

最低温度箇所がＢ１、Ｃ１のいずれかの領域であった場合は（Ｓ３０３−Ｙｅｓ）、アンテナ制御部１０１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に示した停止位置をアンテナ角度記憶部１０８から選び、そこに回転アンテナ３８、３９を停止させるように動作制御を実行する（Ｓ３０９）。

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（Ｓ３０３−Ｎｏ）、続けて、食品箇所のうち最低温度箇所がＢ４、Ｃ４のいずれかであるか否かを判定する（Ｓ３０４）。

最低温度箇所がＢ４、Ｃ４のいずれかの領域であった場合は（Ｓ３０４−Ｙｅｓ）、アンテナ制御部１０１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に示した停止位置をアンテナ角度記憶部１０８から選び、そこに回転アンテナ３８、３９を停止させるように動作制御を実行する（Ｓ３１０）。

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（Ｓ３０４−Ｎｏ）、続けて、食品箇所のうち最低温度箇所がＡ２、Ａ３のいずれかであるか否かを判定する（Ｓ３０５）。

最低温度箇所がＡ２、Ａ３のいずれかの領域であった場合は（Ｓ３０５−Ｙｅｓ）、アンテナ制御部１０１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に示した停止位置をアンテナ角度記憶部１０８から選び、そこに回転アンテナ３８、３９を停止させるように動作制御を実行する（Ｓ３１１）。

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（Ｓ３０５−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（Ｓ３０６）。

最低温度箇所がＤ２、Ｄ３のいずれかの領域であった場合は（Ｓ３０６−Ｙｅｓ）、アンテナ制御部１０１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に示した停止位置をアンテナ角度記憶部１０８から選び、そこに回転アンテナ３８、３９を停止させるように動作制御を実行する（Ｓ３１２）。

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（Ｓ３０６−Ｎｏ）、続けて、アンテナ制御部１０１は、分散加熱モードと同様に加熱室３４内にマイクロ波を分散するよう回転アンテナ３８、３９を一定回転させる（Ｓ３０７）。

アンテナ制御部１０１は、Ｓ３０７、Ｓ３０８〜Ｓ３１２のいずれかステップを実行する。この局所加熱モード制御処理は、図１４に示すように食品の温度差があれば加熱終了するまで繰り返し行うことになるので、常に低温部分を加熱するように制御が働き、温度差を低減して全体が均一な温度分布となる。

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、また例えば一定回転させるなどして集中的に加熱する箇所を変化させれば、加熱室３４内を万遍なく加熱することもできるものであり、それを組合せることで、食品を均一に加熱することができる。特に温度差のない加熱開始初期は分散加熱し、温度差がつけば局所加熱して温度差を低減するように作用させることで、食品を適切に加熱処理することができる。

なお、本発明は前記実施形態において示された事項に限定されず、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者がその変更・応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

例えば、図１６において説明したアンテナ制御の動作については、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。

以上のように、本発明は、加熱室内の温度分布を検出して、その検出温度から食品を判別し、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食品と判定した部分の検出温度から所定の向きに制御して集中加熱することができるので、食品に代表される各種誘電体の加熱、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を正面からみた断面構成図 同マイクロ波加熱装置を側面からみた断面構成図（図１中のＡ−Ａ’断面図） 同マイクロ波加熱装置を上から見た断面構成図（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 制御手段４１１の動作を説明するフローチャート 制御手段４１１の分散加熱／局所加熱の他の例における動作を説明するフローチャート アンテナ制御部１０１の動作を説明するフローチャート

符号の説明

１０ 赤外線センサ（温度分布検出手段）
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
３８、３９ 回転アンテナ
４０、４１ モータ（駆動手段）
１０５ 分散加熱モード制御部
１０６ 局所加熱モード制御部
１０９ アンテナ角度記憶部
１１１ タイマー

Claims (7)

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、前記マイクロ波発生手段および前記駆動手段を制御する制御手段を有し、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の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局所を加熱する局所加熱モードと、前記複数の回転アンテナの放射指向性の強い部位の向きを変更することで加熱箇所を分散させる分散加熱モードを有し、かつ、前記制御手段は加熱当初は分散加熱モードで加熱を開始し、途中から局所加熱モードに切り替える構成のマイクロ波加熱装置。
2. 前記局所加熱モードは、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位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位を向ける請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
3. 前記制御手段は、前記温度分布検出手段が検出する温度のうち最高温度が所定温度を超えたときに前記分散加熱モードから前記局所加熱モードに切り替える請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
4. 前記制御手段は、前記温度分布検出手段が検出した温度と前記温度分布検出手段が加熱開始初期に検出した温度との温度差のうち最大温度差が所定温度差を超えたときに前記分散加熱モードから前記局所加熱モードに切り替える請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
5. 前記制御手段は、加熱開始時点からの経過時間を計時するタイマーを有し、前記タイマーが所定時間経過を計時したら前記分散加熱モードから前記局所加熱モードに切り替える請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
6. 前記制御手段は、前記温度分布検出手段が検出した温度から食品部分の温度を抽出し、前記食品部分の最大温度差が所定温度差を越えたときに前記分散加熱モードから前記局所加熱モードに切り替える請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
7. 前記制御手段は、局所加熱モード中に、前記食品部分の最大温度差が所定温度差以内になれば前記局所加熱モードから前記分散加熱モードに戻す請求項６記載のマイクロ波加熱装置。

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