JP2012028014A - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロ波を加熱室内に効果的に放射して被加熱物の加熱効率を高く維持させることができるマイクロ波加熱装置を提供すること。
【解決手段】被加熱物を収納する加熱室５０と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段３０と、加熱室にマイクロ波を給電する給電部４０と、マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波を給電部に供給する導波管３５と、を備え、前記給電部４０の周囲にはマイクロ波の放射を反射する反射壁４４を備えることにより、加熱室内におけるマイクロ波の放射は給電部４０周囲の部材の有無、部材の形状や配置の影響を受け難くなり、放射されるマイクロ波は損失が少なく高い効率で被加熱物に供給される
【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マイクロ波加熱装置に関するものである。

従来のマイクロ波加熱装置は、一般的には電子レンジに代表されるように被加熱物を収容する加熱室を備え、この加熱室にマグネトロンなどのマイクロ波発生手段が発生するマイクロ波を供給して被加熱物を誘電加熱させる。

マイクロ波を加熱室内に給電する技術としては、マイクロ波を伝送する導波管を備え、導波管から加熱室へと貫通する開口部にアンテナを設けて、マイクロ波を加熱室内に導出して放射するものである（例えば、特許文献１参照）。

図９は、特許文献１に記載された従来のマイクロ波加熱装置を示すものである。図９に示すように、導波管１４と加熱室２との結合孔２０のほぼ中央にアンテナ１５と水平な回転成分１７が設けられ、アンテナ１５はモーター１９で回転しながらマイクロ波を加熱室２に放射するように構成されている。またアンテナの周囲にはヒーター１０が設けられている。

特開昭５８−１８１２８９号公報

しかしながら、給電部は加熱室に置かれた被加熱物に対してマイクロ波が効率的に供給されるように加熱室の何れかの壁面に設けられるが、さらにその壁面の周辺には給電部以外にも他の部材の配置が必要な場合がある。

たとえば加熱室内のアンテナ周辺には被加熱物を輻射熱により加熱する輻射発熱体（ヒーター）や、加熱室の温度を検知するための温度検知手段、あるいはこれらを支持固定するための金具などの部材が存在することで、アンテナからのマイクロ波の放射はそれらの部材の形状や配置に影響を受けて電界分布が偏り、あるいは吸収されることで熱損失となって被加熱物の加熱効率が悪化する。

このため加熱効率の向上には給電部を構成するにおいて改善の余地があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、マイクロ波の放射の損失を減らして被加熱物の加熱効率を高くす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、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、加熱室にマイクロ波を給電する給電部と、マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波を給電部に供給する伝送手段と、を備え、前記給電部の周囲にはマイクロ波を反射する壁面を構成したものである。

これによって、加熱室内におけるマイクロ波の放射は給電部周囲の部材の有無、部材の形状や配置の影響を受け難くなり、放射されるマイクロ波は損失が少なく高い効率で被加
熱物に供給される。

本発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を加熱室内に効果的に放射して被加熱物の加熱効率を高く維持させることができる。

本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の正面断面構成図 本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の側面断面構成図 本発明の実施の形態１における給電部断面構成図 本発明の実施の形態１における給電部断面を下側から見た図（Ｌ矢視図） 本発明の実施の形態１における他のアンテナ形状を示す断面構成図と該断面を下側から見た図（Ｍ矢視図） 本発明の実施の形態１におけるアンテナ板の形状を示す部断面構成図 本発明の実施の形態１における反射壁の構成を示す断面構成図 本発明の実施の形態１における給電部の詳細断面構成図 従来のマイクロ波加熱装置の正面断面図

第１の発明は被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、加熱室にマイクロ波を給電する給電部と、マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波を給電部に供給する伝送手段と、を備え、前記給電部の周囲にはマイクロ波の水平方向の放射を反射する壁面を構成とするものである。

これにより、加熱室内におけるマイクロ波の放射は給電部周囲の部材の有無、部材の形状や配置の影響を受け難くなり、放射されるマイクロ波は損失が少なく高い効率で被加熱物に供給される。

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、この実施の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２は、本発明に係る実施形態のマイクロ波加熱装置である電子レンジの概略構成を示す要部断面図であり、図１は正面（被加熱物を入れるドア側）から見た断面構成図、図２は側面から見た断面構成図である。

図１、図２において、食品等の被加熱物を収納する加熱室５０は、金属材料からなる壁面を有し、加熱室５０の上部の略中央にはマイクロ波を給電する給電部４０を構成するマイクロ波導出孔４１、アンテナ軸４２、アンテナ板４３を配し加熱室５０にマイクロ波を放射する。３０はマイクロ波発生手段であるマグネトロンであり、マグネトロン３０から放射されるマイクロ波を給電部４０に伝送する伝送手段である導波管３５を備えている。

被加熱物である食品２００は加熱室５０に設けられた棚５８に載置された網８０に載せられる。棚５８は使用者が食品の形態や加熱調理に応じて食品をのせる高さが選べるように両側の側面に複数段設けられている。

加熱室５０内の上部にはヒーター５５が備えられてあり、マイクロ波による加熱以外にもヒーター５５の輻射熱によって直接食品を加熱でき、複数の調理メニューに対応する。

ヒーター５５は電熱線を充填材とともに銅パイプに封止した構成である。加熱室の後ろ
壁面に一端（端子側）を固定し先端（加熱室に露出する発熱部）側はヒーター支持部材５６で保持する構成となっている。ヒーター支持部材５６は熱硬化性の樹脂材料で構成され、ヒーターの熱膨張に対応して自由度をもたせて支持する構成となっている。

なお、ヒーター支持部材５６の材料としては樹脂でなくても耐熱要求温度に応じて碍子などセラミックで構成してもよく、金具に比べてマイクロ波への影響を小さく構成できる。

その他にも加熱室５０の底面下側には下ヒーター６２が備えられている。後面側には熱風調理するためのコンベクション用ヒーター６１と、ファン６０が備えられており加熱室５０に熱風が送られる。また加熱時にはサーミスタ７５により加熱室５０の温度を検出している。

食品は加熱室ドア１１０を開けて加熱室に入れられる。加熱室ドア１１０の上方には操作・表示部１００が配され運転スイッチ（図示せず）と運転設定釦（図示せず）が設けられている。また、操作つまみ１０１で加熱時間（加熱温度）が使用者により任意に設定でき制御部９０に指示される。

照明７０が備えられ加熱運転中には加熱室５０内を照らし食品の加熱状況が使用者により目視できる。照明７０の前面には照明カバー７１が備えられている。

なお、照明カバー７１は耐熱ガラスで構成されているが光を通すように開孔を設けた金属板で構成してもよい。この場合開孔はマイクロ波を通さない孔径や間隔にすることで電波の損失を防止できる。

なお照明７０は電球に限らずＬＥＤ照明を備えてもよい。この場合、同様の照度が得られ消費電力を少なくすることができる。

加熱室ドア１１０には開閉のドア検出スイッチ（図示せず）が備えられており、加熱室ドア１１０が完全に閉まった状態でなければ運転されない。また運転中にドアが開けられた場合には直ちに運転を停止するように安全装置として機能する。

加熱室５０の上面には、食品加熱により発生する臭気や煙を排気する排気ファン６５が備えられる。なお、排気ファン６５の前後に脱臭剤を設けて臭いの放出を低減できる構成にしてもよい。

換気ファン６６が備えられマイクロ波加熱装置内部の加熱室５０の周囲の換気をする。この換気ファン６６は同時にマグネトロン３０、導波管３５さらに電源（図示せず）の冷却を兼ねるように換気通路６７が構成されている。３５ａは導波管の側面に設けた開孔であり、この開孔３５ａに換気ファン６６の送風を一部通すことによりマグネトロン３０や導波管３５の冷却の効果が向上する。

モーター（アンテナ駆動手段）４５はアンテナ軸４２の上部に備えられており、モーター４５の駆動軸４５ａの回転によりアンテナ板４３はアンテナ軸４２と一体に回転する。アンテナ板は回転中心に対して偏りのある形状にすることでマイクロ波は下方の加熱室に向かってムラ無く放射される構成になっている。

給電部４０においてアンテナ板４３の周囲には反射壁４４が設けてある。本実施の形態においてはアンテナ軸の回転は２秒間に１回転の速さで回転するが、ステップ駆動のような間欠動作でもよくこれに限定されない。

以上のように構成されたマイクロ波加熱装においては、制御手段９０はマグネトロンや各ヒーターの通電を制御し、マイクロ波とヒーターの輻射熱や対流熱との少なくともいずれかを供給して食品を加熱処理することができるようになっている。以下、マイクロ波による加熱（運転）を中心にその動作、作用を説明する。

まず、マグネトロン３０で発生したマイクロ波は導波管３５を伝送されマイクロ波導出孔（結合孔）４１とアンテナ軸４２とによる同軸構成で導波管３５から加熱室５０側へと導出される。さらにマイクロ波はアンテナ軸４２からアンテナ板４３を介して加熱室５０に放射される。

マイクロ波はアンテナ板４３の表面、外形端面、アンテナ軸４２外周表面からも放射される。ここで反射壁４４を備えているので、アンテナ板の周囲にヒーター５５やサーミスタ７５を配していても、そこに直接的にマイクロ波は放射されずに電界が集中して発熱し損失となることを防止することができる。

以上のように、本実施の形態においては給電部４０の周囲にはマイクロ波の水平方向の放射を反射する反射壁４４を構成とすることにより、加熱室５０内におけるマイクロ波の放射は給電部４０の周囲の部材の有無、部材の形状や配置の影響を受け難くなり、放射されるマイクロ波は損失が少なく高い効率で被加熱物に供給される。

また、本実施の形態では反射壁４４を下方に傾斜した面に構成することにより、反射壁面で反射するマイクロ波は下方に置いた被加熱物である食品に高い効率で供給することもできる。

本実施の形態ではアンテナ軸４２の軸線に対して約４５度の角度で円錐状の反射壁面を構成しているが、この角度は給電部から被加熱物までの高さ（棚５８の位置）によってマイクロ波の最適な放射になるように決めれば良い。角度を大きくすればマイクロ波の放射の広がりが期待でき、反射壁は特に別体に設ける必要はなく加熱室の壁面と一体的に成形（絞り加工など）することが容易である。

逆に角度を小さくすることで指向性を強くすることができて被加熱物に集中して放射することができる。被加熱物が少量の時にも加熱室の壁面で反射したマイクロ波が再び給電部からマグネトロン３０に戻る割合を低減することができる。

また、反射壁４４は図３のように構成しても良い。図３において反射壁４４は略垂直（アンテナ軸の軸線と略平行）に構成している。これによりアンテナ板４３の可動範囲に近い小さい面積で加熱室５０に面することになる。

これにより少量の被加熱物を加熱する場合においても、加熱室５０の壁面から反射してマイクロ波が再びアンテナ板４３からマグネトロン３０に戻る割合を少なくできるので、効率的に被加熱物を加熱することができる。

図４は図３におけるＬ（下）方向から矢視図である。図３、図４において反射壁４４の開口には給電部の封口部材である給電カバー４６を設けている。給電カバー４６の材料としては低損失誘電体で構成することで、マイクロ波放射の損失が無く給電部を保護して汚れを防止することができる。

本実施の形態ではマイカ板で構成されているが、これに限らずガラスやセラミックなどを用いても良い。給電カバー４６は固定具４７により着脱できるように構成しており汚れ
た場合には取り外して清掃や交換が可能である。

また、図４に示すようにヒーター５５は給電カバー４６を囲むように２本の管を輪状に構成されておりヒーター固定板５７により加熱室５０の壁面に端子部が加熱室５０の外に突出して取り付けされている。

加熱室５０内ではヒーター支持部材５６により自由度をもって（完全に拘束されずに）支持されている。さらに、図３に示すように加熱室５０の一部壁面（図中５０ｒ）はヒーター５５の輻射熱を食品に向かって反射するような角度に構成してもよい。

また反射壁４４の平面形状についてはアンテナ板４３の回転に干渉しなければ円形や正方形に限らず、楕円や多角形、またこれらの組み合わせた形状にしても良い。

またアンテナ板４３は、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すようにしても良い。図５（ｂ）は図５（ａ）の断面構成図を矢印Ｍ（下側）から見た図である。

図５（ａ）においてアンテナ板４３は湾曲した面で構成されている。これによりアンテナ板４３の回転とあいまって、加熱室５０に放射されるマイクロ波は加熱室５０の高さ方向にも攪拌される効果があり、高さ方向の分布が良くなり被加熱物の均一な加熱に効果がある。

図５（ｂ）においてアンテナ板４３の外形は直線と（曲線）円弧を組み合わせたものであり、さらに異形孔４３ｈを設けてありさらに攪拌効果が大きくなる。これにより加熱室５０の容量を大きくしても加熱分布を均一化できる。

さらにアンテナ板４３は、図６のようにアンテナ板４３をアンテナ軸４２の軸線に対して傾斜して取付けてもよい。アンテナ板４３から放射されるマイクロ波はアンテナ板４３の回転によって加熱室５０に放射され、高さ方向にもマイクロ波が攪拌されるので、加熱室５０の高さを大きく拡大して容量を大きくしても加熱分布を均一化できる。

なおアンテナ板４３を傾斜させることで反射壁４４の高さが大きくなるが、この場合図６のように導波管３５の形状を（上下逆に）構成してもよく、マグネトロン３０などの各部品をスペースに有効に使って配置することができる。

図７のように反射壁４４を加熱室５０とは別体に構成してもよい。さらに反射壁４４は給電カバー４６と異なる材料で一体的に構成してもよい。反射壁４４は金属材料で構成し給電カバーはマイクロ波が損失なく透過するように低損失誘電体で組み合わせて構成することで給電カバー４６は反射壁４４を枠体として補強されるので厚み薄く構成することが可能である。

反射壁４４は加熱室５０の壁面に螺合して取り付けてあるので、取り外しての清掃や交換が容易に行うことができる。また図７において導波管３５を構成する壁面は加熱室の壁面と兼ねて構成するようにしても良い。

図８は給電部４０の詳細断面図である。図８においてアンテナ板４３とアンテナ軸４２とを一体的に固定する構成はモーター４５により回転する回転軸４８に対してアンテナ板固定部材４９により締結する構成である。

アンテナ軸４２のアンテナ板４３との接合部の当接部は中心部にアンテナ接合凹部４２ａを設けてあるので、アンテナ軸４２とアンテナ板４３とはアンテナ板固定部材によりア
ンテナ軸４２の外周側でより強く接触することでマイクロ波導出孔４１からアンテナ軸４２の表面を伝わって導出するマイクロ波は損失なくアンテナ板に伝わる。

アンテナ軸の高さ（結合長さ）においては図８において導波管側Ｔ１と、加熱室側Ｔ２が略同じになるように設定することで結合の効率的である。

なお回転軸４８は耐熱性と摺動性の面からフッ素樹脂材料で構成されていている。なおアンテナ板固定部材はねじを用いて締結しているが、これに限らずリベットを用いても良いしピンの圧入やカシメによるものであっても良い。

以上のように、本発明にかかるマイクロ波加熱装置は、加熱室内におけるマイクロ波の放射は給電部周囲の部材の有無、部材の形状や配置の影響を受け難くなり、放射されるマイクロ波は損失が少なく高い効率で被加熱物に供給されるので、電子レンジで代表されるような誘電加熱を利用した加熱装置や解凍装置や乾燥装置、あるいは生ゴミ処理機、などの用途にも適用できる。

３０ マグネトロン（マイクロ波発生手段）
３５ 導波管（マイクロ波伝送手段）
４０ 給電部
４１ マイクロ波導出孔（結合孔）
４２ アンテナ軸
４３ アンテナ板（マイクロ波放射手段）
４４ 反射壁
４５ モーター（アンテナ駆動手段）
５０ 加熱室
５５ ヒーター（上）

Claims (1)

1. 被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、加熱室にマイクロ波を給電する給電部と、マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波を給電部に供給する伝送手段と、を備え、前記給電部の周囲にはマイクロ波の放射を反射する壁面を構成したマイクロ波加熱装置。