JP2009036449A

JP2009036449A - 高周波加熱装置

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Publication number: JP2009036449A
Application number: JP2007201433A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Daito; 紀之大都; Tetsuo Kubota; 哲男窪田; Sei Ozawa; 聖小沢
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2007-08-02
Filing date: 2007-08-02
Publication date: 2009-02-19
Anticipated expiration: 2027-08-02
Also published as: JP5124200B2

Abstract

【課題】
加熱室内の被加熱物１を効率良く加熱することができる高周波加熱装置を提供する。
【解決手段】
加熱室２と、この加熱室２に設けられた被加熱物載置板４と、マグネトロン７と、このマグネトロン７を取り付ける導波管６と、この導波管６に導かれたマイクロ波を前記加熱室２に放射する前記加熱室２底面に設けられた結合穴１３と、この結合穴１３を貫通して前記導波管６と前記加熱室２内へ略垂直に臨んで設けられたアンテナポスト１４と、前記被加熱物載置板４の下方で前記アンテナポスト１４の一端に略水平に設けられた回転アンテナ１０と、前記アンテナポスト１４の他端に接続された駆動モータ１１と、この駆動モータ１１を制御する制御手段９とを備え、前記回転アンテナ１０を予め設定された回転角度で周期的に所定時間停止させるように前記制御手段９により駆動モータ１１を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転アンテナを用いてマイクロ波を加熱室に放射して被加熱物を加熱する高周波加熱装置に関するものである。

従来のこの種の高周波加熱装置は、マイクロ波を加熱室に導く導波管と、回転アンテナに直結された駆動モータを制御する制御手段とを備え、導波管内のマイクロ波の情報を検出するマイクロ波検知装置を導波管の長辺面に設置し、回転アンテナの回転角度毎にマイクロ波の入射信号や反射信号を取り込み、取り込んだ信号を基にマイクロ波の反射係数Γもしくは電圧定在波比ρの値を求め、この値の中から最小値を基準とした小さな値を複数選出し、この選出した値に対応した回転アンテナの回転角度位置に回転アンテナを停止させて、食品にマイクロ波を集中放射することにより加熱効率を高めるように制御したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、導電材から回転方向に非均質形状に構成された回転板を設け、この回転板に食品を載せ、回転板の回転によって加熱室内に異なる電界分布が得られるように構成し、調理のメニュー入力内容や、センサーによる食品の状態に応じて予め設定された停止位置で回転板を停止させて加熱を行い、加熱むらによる食品の加熱効率の低下を改善する提案がされている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−２３４１７４号公報特開平１１−１９３９３１号公報

しかしながら、上記の従来技術において、前者のものは、反射係数Γもしくは電圧定在波比ρが最小となる回転アンテナの停止位置が、必ずしもマグネトロンの出力最大発振領域とは限らないので、期待したほどの加熱効率の改善効果が得られないという問題点がある。

また、マイクロ波検知装置で導波管内のマイクロ波の入射信号や反射信号を検出するためには、導波管の長辺部（Ｈ面）に設置するとともに、設置する導波管はある程度の長さが必要となり、導波管が長くなるとマイクロ波の伝送損失が増加するという問題点がある。

また、マイクロ波検知装置を使用すると構成が複雑で高価なものとなり、安価に使用者に提供することができないという問題点がある。

また、回転アンテナを停止すると極端な加熱むらが生じるため、食品の仕上がり状態が良くないという問題点がある。

従来技術の後者のものは、加熱室内部のマイクロ波には電界の強弱が発生するため、食品を回転板に載置する位置により加熱効率が異なり、特に比較的小さい食品を加熱する場合は、食品を載せた位置により加熱効率の差が大きい。したがって、食品を載せた回転板を適当な場所で停止させたとしても、食品を載せた位置によりその効果は十分なものとはならないという問題点がある。

また、回転板を停止すると極端な加熱むらが生じるため、食品の仕上り状態が良くないという問題点がある。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、食品等の被加熱物の加熱効率を向上させるとともに加熱むらの発生を抑制した、省エネルギーに優れた高周波加熱装置を提供するものである。

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、被加熱物を収納する加熱室と、この加熱室に設けられた前記被加熱物を載置する被加熱物載置板と、マイクロ波を発振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マイクロ波を前記加熱室に放射する前記加熱室底面に設けられた結合穴と、この結合穴を貫通して前記導波管と前記加熱室内へ略垂直に臨んで設けられたアンテナポストと、前記被加熱物載置板の下方で前記アンテナポストの一端に略水平に設けられた回転アンテナと、前記アンテナポストの他端に接続された駆動モータと、この駆動モータを制御する制御手段とを備え、前記回転アンテナを予め設定された回転角度で周期的に所定時間停止させるように前記制御手段により駆動モータを制御するものである。

また、前記被加熱物載置板を支えるように構成した重量検出手段を設け、前記重量検出手段により検出された前記被加熱物載置板に載置された被加熱物の重量情報に応じた期間、前記回転アンテナを予め設定された回転角度で周期的に所定時間停止させるように前記制御手段により制御するものである。

また、前記被加熱物載置板を支えるように構成した重量検出手段を設け、前記重量検出手段により検出された前記被加熱物載置板に載置された被加熱物の重量と位置情報が予め設定された重量と位置情報と一致したとき、前記回転アンテナを予め設定された回転角度で周期的に所定時間停止させるように前記制御手段により制御するものである。

また、前記予め設定された被加熱物の位置情報は前記被加熱物載置板の幾何学的中心としたものである。

また、加熱開始初期の所定時間は前記回転アンテナの回転を停止させないように制御したものである。

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、被加熱物の加熱効率の向上が図れ、さらに加熱むらの発生を抑制することができる。

また、加熱開始初期に回転アンテナを停止させないように制御したため、回転アンテナと加熱室壁面間でのスパーク等の異常加熱の発生を防止することができ、信頼性の高い製品とすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。

本発明に係わる高周波加熱装置の第１の実施例を図１〜図５を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施例を示す高周波加熱装置の要部縦断面図、図２は同じく高周波加熱装置の斜視図、図３は同じく回転アンテナの構成を説明する斜視図、図４は同じく導波管の下部に設けられた駆動モータの斜視図、図５は同じく回転アンテナの制御方法を示すタイミングチャートである。

図において、高周波加熱装置は、調理する食品等の被加熱物１を収容する金属製の材料薄板で構成された加熱室２が設けられている。加熱室２の前方には、被加熱物１を出し入れする開閉自在なドア３が設けられている。加熱室２の下部には、被加熱物１を載置する誘電体損失の小さい材料からなる被加熱物載置板４が加熱室２に対しシール部材（図示せず）により弾性支持されて設けられ、食品などの被加熱物１が載せられる。なお、この構成はいわゆるターンテーブルレス式と言われるものである。

加熱室２と高周波加熱装置本体底面との間には機械室１６が設けられ、加熱室２の筐体を構成する薄板により加熱室２と熱的、あるいはマイクロ波を遮断するように分離されている。

機械室１６には、被加熱物１の加熱に必要なマイクロ波を発生させるマグネトロン７と、マグネトロン７の発振によるマイクロ波出力を制御するインバータ電源８と、インバータ電源８を制御する制御手段９等を備えている。

被加熱物載置板４の前方左右の隅２箇所と後方中央の端部の１箇所には、被加熱物載置板４を支えるように構成した重量検出手段５ａ，５ｂ，５ｃが設けられている。夫々の重量検出手段５ａ，５ｂ，５ｃで検出される重量の情報は制御手段９に入力され、重量検出手段５ａ，５ｂ，５ｃで検出される重量の情報を総和することにより被加熱物載置板４に載置された被加熱物１の重量を検出することができる。また、夫々の重量検出手段５ａ，５ｂ，５ｃの重量情報により、加熱室２の左右方向（Ｘ方向）と、奥行き方向（Ｙ方向）に対する被加熱物１の位置が制御手段９により検出される。

なお、重量検出手段５ａ，５ｂ，５ｃは、被加熱物載置板４に載置された被加熱物１の重量により、一部の構造体の変位や変形による距離の変化分を検出する静電容量式重量検出手段や、あるいは、光学式の光学変位式重量検出手段などを用いるとよい。また、被加熱物１の重量による構造体の一部に生じる応力や歪などを検出する歪ゲージなどによる歪ゲージ式重量検出手段を用いてもよい。

マグネトロン７から発生するマイクロ波は、導波管６を介して加熱室２底面の略中央部に設けられた結合穴１３から被加熱物載置板４との間に設けられた空間２ａに放射され、被加熱物載置板４を通して加熱室２内に放射される。

マイクロ波が供給される結合穴１３には、結合穴１３を貫通して導波管６と、空間２ａ内へ略垂直に臨んで設けられたアンテナポスト１４が備えられている。

アンテナポスト１４の空間２ａ側の端部には、略水平に固着された金属製平板の回転アンテナ１０が設けられている。

導波管６外側のアンテナポスト１４の端部には、突起１２ａ付き誘電体軸１２を介して駆動モータ１１が接続されている。そして、この駆動モータ１１の動作により回転アンテナ１０が回転し、マイクロ波が攪拌されて被加熱物載置板４に載せられた被加熱物１に放射される。

駆動モータ１１により回転アンテナ１０が回転駆動されると、誘電体軸１２の突起１２ａによりマイクロスイッチで構成された位置検出器１５のマイクロスイッチがオン，オフされ、発生した信号が制御手段９に入力されて、回転アンテナ１０の回転角度を検出することができる。

回転アンテナ１０により加熱室２内に放射されるマイクロ波の出力は、回転アンテナ１０の回転角度により、マグネトロン７により放射されるマイクロ波の出力が最大となる発振領域が存在する。したがって、被加熱物１に対しマグネトロン７から放射されるマイクロ波の出力が最大となる回転アンテナ１０の回転角度になったとき位置検出器１５から信号が得られるように誘電体軸１２の突起１２ａの位置を調整して設け、制御手段９により位置検出器１５からの検出信号が検出されたタイミングで駆動モータ１１を制御して回転アンテナ１０を停止させて、マイクロ波を被加熱物１に放射することにより、被加熱物１はマグネトロン７からのマイクロ波の出力が最大となる発振領域で加熱されるため、被加熱物１の加熱効率を高めることができる。

このように構成した高周波加熱装置の作用について図５により説明する。使用者は高周波加熱装置のドア３を開けて被加熱物１を被加熱物載置板４上に載置した後、ドア３を閉め、被加熱物１の加熱時間を操作手段（図示せず）により入力した後、高周波加熱装置の加熱を開始する操作を行うと、最初に重量検出手段５ａ，５ｂ，５ｃにより被加熱物１の重量を検出し、検出した被加熱物１の重量情報に応じて制御手段９により図５に示す回転アンテナ制御時間Ｔ４を演算して求める。

次に、制御手段９によりインバータ電源８を制御してマグネトロン７を動作させてマイクロ波を発生させる。発生したマイクロ波は導波管６を介して結合穴１３より加熱室２に供給される。このとき、制御手段９は駆動モータ１１を制御して回転アンテナ１０を回転させてマイクロ波を加熱室２に拡散して均等に加熱する制御と、回転アンテナ１０を停止して被加熱物１を効率良く加熱する制御を行う。

例えば、一例として被加熱物１が水で、重量がおよそ３００ｍｌの場合について図５により説明する。制御手段９は、位置検出器１５からの回転アンテナ位置検出信号が２パルス発生する期間の１２〜２４秒（Ｔ１）間は回転アンテナ１０を停止させずに駆動する。その後位置検出器１５の信号検出タイミングで駆動モータ１１を制御して回転アンテナ１０を１２秒（Ｔ２）間停止させる。その後再び駆動モータ１１を制御して次の位置検出器１５の信号を受け取るまでの間の１２秒（Ｔ３）間回転アンテナ１０を回転させ、再び位置検出器１５の信号検出タイミングで１２秒（Ｔ２）間回転アンテナ１０を停止させる。この動作を繰り返し実行して加熱開始後１４０秒（Ｔ４）後に回転アンテナ１０の停止制御動作を終了させ、以後は最初に入力設定した加熱時間Ｔ５が経過するまでの間回転アンテナ１０の停止制御は行わず、常に回転アンテナ１０を回転させ、最初に入力した加熱時間Ｔ５経過した後マグネトロン７の通電を停止する。

なお、ここで用いた駆動モータ１１は、回転アンテナ１０を一回転させるのに要する時間が１２秒のものを使用していることによりＴ３の値が１２秒となる。この１２秒で回転アンテナ１０を１回転させるスピードは、供給されるマイクロ波を拡散して被加熱物１の加熱むらをできるだけ少なくするために適した値であり、１２秒以下の低速にすると加熱むらの改善効果が少なくなる。

そして、加熱開始初期の位置検出器１５からの回転アンテナ位置検出信号が２パルス発生する期間の１２〜２４秒（Ｔ１）間は回転アンテナ１０を停止しないようにしているが、これはマグネトロン７の通電開始初期はマグネトロン７の発振が不安定となるため、この期間に回転アンテナ１０を停止させると、回転アンテナ１０と加熱室２壁面間でのスパークによる異常加熱の発生する恐れがあり、これを防止するためマグネトロン７の発振が安定するまで回転アンテナ１０を停止する制御を行わないようにしている。これにより、信頼性の高い製品とすることができる。

また、加熱開始してから１４０秒（Ｔ４）後に回転アンテナ１０を停止する制御動作を終了させる制御は、被加熱物１の加熱温度が７０〜８０℃に上昇すると、被加熱物１でのマイクロ波エネルギーを吸収して発熱する目安となる損失係数が常温時の１／４〜１／５程度に減少し、本発明のような回転アンテナ１０を停止制御しても加熱され難くなることから、被加熱物１の重量からマイクロ波加熱を行ったときに７０〜８０℃に上昇するまでの加熱時間を推定して、例えば、被加熱物１が水で重量がおよそ３００ｍｌの場合は、回転アンテナ制御時間Ｔ４を１４０秒と決めて制御している。これにより、高い加熱効率で被加熱物１を短時間で加熱して省エネルギーに優れたものとし、Ｔ４時間以後は回転アンテナ１０を停止させないようにして、加熱むらの発生を抑制するようにすることにより被加熱物１を良好な加熱状態に仕上げることができる。

このように、マグネトロン７の出力が最大となる発振領域の位置で回転アンテナ１０を停止させて、被加熱物１へのマイクロ波の加熱効率を高めた加熱を行い、所定時間後に回転アンテナ１０を回転させて加熱むらの発生を抑制し、再び回転アンテナ１０を所定時間停止させる制御を繰り返し行うようにしたことにより、マグネトロン７の出力最大発振領域での動作時間を増やし加熱効率を高めながら、回転アンテナ１０の停止で生じる加熱むらの発生を抑制することができる。

また、重量検出手段５ａ，５ｂ，５ｃにより検出された被加熱物載置板４に載置された被加熱物１の重量情報に応じた期間、回転アンテナ１０を予め設定された回転角度で周期的に所定時間停止させるように制御手段９により制御し、その後回転アンテナ１０を停止させないようにして、加熱むらの発生を抑制するようにしたことにより、加熱むらの発生をさらに抑制するようにして被加熱物１を良好な加熱状態に仕上げることができる。

また、加熱開始初期はマグネトロン７の発振が不安定となるが、この期間に回転アンテナ１０を停止させないように制御したため回転アンテナ１０と加熱室２壁面間でのスパーク等の異常加熱の発生を防止することができるので信頼性の高い製品とすることができる。

また、マイクロ波検知装置を使用しないため、導波管６の長さを短いものとすることができ、マイクロ波の伝送損失の増加を抑制できるため、加熱効率を高めることができる。

さらに、複雑なマイクロ波検知装置を使用せず、簡単で安価な構成で被加熱物１を効率よく加熱することができる

次に、本発明に係る高周波加熱装置の第２の実施例を図６を参照して説明する。なお、第１の実施例と同じ箇所の説明は省略する。

図６は、本発明の第２の実施例を示す回転アンテナの制御動作を示すフローチャートである。この第２の実施例が上記第１の実施例と異なる点は、重量検出手段５ａ，５ｂ，５ｃの重量情報により被加熱物１の重量と被加熱物載置板４に置かれた被加熱物１の位置を制御手段９で求め、この重量と位置の情報から回転アンテナ１０の停止制御を行う点であり、その他の構成は実施例１と同じである。

次に作用について図６により説明する。被加熱物１を加熱室２の被加熱物載置板４の上に載置し、ステップ６０１で加熱を開始すると、ステップ６０２で重量検出手段５ａ，５ｂ，５ｃの検出した重量情報から被加熱物１の重量と被加熱物載置板４に置かれた被加熱物１の載置位置を検出し、この重量と載置位置が予め設定された重量と載置位置と一致するかどうかをステップ６０３で判定する。例えば、予め設定した被加熱物１の載置位置が被加熱物載置板４の幾何学的中心で、被加熱物１の重量が牛乳やお酒等の液体の小物負荷とした重量とする。

次に、ステップ６０３で重量と載置位置が一致していたら、ステップ６０４で回転アンテナ１０を特定の回転角度で一定時間停止する制御を行う。またステップ６０３で一致していなかったらステップ６０６で回転アンテナ１０を停止する制御を行わず常に回転させる制御を行い、ステップ６０５で加熱時間の終了まで加熱を行う。

このような制御を図５に示すように行い、小物の被加熱物１に対しては、マグネトロン７の出力が最大となる発振領域の位置で回転アンテナ１０を停止させて、被加熱物１へのマイクロ波の加熱効率を高めた加熱を行い、さらに、所定時間後に回転アンテナ１０を回転させて加熱むらの発生を抑制し、さらに、再び回転アンテナ１０を所定時間停止させる制御を繰り返し行うようにする。このような制御を行うことにより、マグネトロン７の出力最大発振領域での動作時間を増やして加熱効率を高めながら、回転アンテナ１０の停止で生じる加熱むらの発生をできるだけ抑制する加熱を行い、加熱時間を短くして省エネルギーとすることができる。

そして、被加熱物１が大物で重量が重いものに対しては、加熱むらにより加熱の仕上りが悪くならないようにするため、回転アンテナ１０を停止させる制御を行わないようにして加熱むらの少ない仕上りが良好な調理を行うことができる。

また、複数の小物の被加熱物１を一度に加熱する場合は、夫々の被加熱物１が加熱むらにより仕上り温度にばらつきが生じないように、全体の被加熱物１の重心位置が加熱室２の幾何学的中心とならないように配置すれば、回転アンテナ１０を停止する制御を行わず常に回転させる制御を行うので、加熱むらの発生を少なくして良好に調理することができる。

なお、予め設定する被加熱物１の載置位置を被加熱物載置板４の幾何学的中心とする理由は、マグネトロン７から発生するマイクロ波を導波管６を介して加熱室２底面の中央部に設けた結合穴１３から加熱室２内に放射するように構成することにより、被加熱物載置板４の幾何学的中心部分が強く加熱される加熱パターンとする回転アンテナ１０の形状が比較的容易に設定することが可能となるためである。

このように、小物被加熱物１が被加熱物載置板４の幾何学的中心に置かれた場合、小物被加熱物１であることを自動的に判定して、加熱むらを考慮せず加熱効率重視で中央の負荷を一番効率よく加熱する回転アンテナ１０の回転角度で停止させて効率良く加熱して加熱時間を短くすることにより、省エネルギーと利便性を向上させることができる。

また、大物被加熱物１や被加熱物１の載置場所を被加熱物載置板４の幾何学的中心部に置かないようにした加熱むらが好ましくない被加熱物１については、制御手段９により自動的に判断して回転アンテナ１０を停止させず、したがって加熱むらの少ない調理が自動的に行われ、使い勝手の良いものとすることができる。

本発明の第１の実施例を示す高周波加熱装置の要部縦断面図である。同じく高周波加熱装置の斜視図である。同じく回転アンテナの構成を説明する斜視図である。同じく導波管の下部に設けられた駆動モータの斜視図である。同じく回転アンテナの制御方法を示すタイミングチャートである。本発明の第２の実施例を示す回転アンテナの制御動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１被加熱物
２加熱室
４被加熱物載置板
５重量検出手段
６導波管
７マグネトロン
９制御手段
１０回転アンテナ
１１駆動モータ
１３結合穴
１４アンテナポスト

Claims

被加熱物を収納する加熱室と、この加熱室に設けられた前記被加熱物を載置する被加熱物載置板と、マイクロ波を発振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マイクロ波を前記加熱室に放射する前記加熱室底面に設けられた結合穴と、この結合穴を貫通して前記導波管と前記加熱室内へ略垂直に臨んで設けられたアンテナポストと、前記被加熱物載置板の下方で前記アンテナポストの一端に略水平に設けられた回転アンテナと、前記アンテナポストの他端に接続された駆動モータと、この駆動モータを制御する制御手段とを備え、前記回転アンテナを予め設定された回転角度で周期的に所定時間停止させるように前記制御手段により駆動モータを制御することを特徴とする高周波加熱装置。
請求項１において、前記被加熱物載置板を支えるように構成した重量検出手段を設け、前記重量検出手段により検出された前記被加熱物載置板に載置された被加熱物の重量情報に応じた期間、前記回転アンテナを予め設定された回転角度で周期的に所定時間停止させるように前記制御手段により制御することを特徴とする高周波加熱装置。
請求項１において、前記被加熱物載置板を支えるように構成した重量検出手段を設け、前記重量検出手段により検出された前記被加熱物載置板に載置された被加熱物の重量と位置情報が予め設定された重量と位置情報と一致したとき、前記回転アンテナを予め設定された回転角度で周期的に所定時間停止させるように前記制御手段により制御することを特徴とする高周波加熱装置。
請求項３において、前記予め設定された被加熱物の位置情報は前記被加熱物載置板の幾何学的中心としたことを特徴とする高周波加熱装置。
請求項１乃至４において、加熱開始初期の所定時間は前記回転アンテナの回転を停止させないように制御したことを特徴とする高周波加熱装置。