JP2697255B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はマイクロ波加熱と石英管等の誘電体の管状ヒ
ーターによる複数の加熱機能を備えた高周波加熱装置に
関するものである。

従来の技術 従来より高周波加熱装置においては、加熱室内から誘
電体の管状ヒーターを加熱室外に貫通させる場合には、
その貫通部に空胴型のチョーク減衰器を設けたり、また
は電波を遮蔽するための小さな遮蔽室を加熱室外に設け
る必要があり、その構造は複雑なものであり、課題も多
かった。

以下第12図，第13図，第14図とともに従来例について
説明する。

第12図，第13図に示すように加熱室１の前面にはドア
ー２が開閉自在に設けられている。マグネトロン３から
発振した電波は導波管４を介して加熱室１の内部に照射
され、被加熱物５を電波加熱する構成である。加熱室１
の両側面には空胴型チョーク減衰器6,7を設け、石英ガ
ラス等の耐熱性誘電体で構成したパイプ８を上記チョー
ク減衰器6,7に貫通させ、かつ、加熱室１をも貫通して
設ける。パイプ８には電熱線９を内蔵し、引出し線10,1
1を加熱室１の両側面に引出し、通電を行う。

第14図は従来例での高周波加熱装置のチョーク減衰器
の部分を拡大した断面図である。14はパイプ８を支持す
る碍子であり、チョーク減衰器は内周12と外周13から構
成され、前記内周12と外周13によって構成される空胴の
寸法Ｘを使用電波の波長λの４分の１の奇数倍として、
高周波的に内周12と引出し線10とパイプ８を導通状態と
し、パイプ８と引出し線10を通じて電波が外部に導通さ
れることを防止し、電波漏洩を防止する。

第15図，第16図はパイプ８に使われる誘電体パイプの
誘電率εと誘電損失角δの温度による変化を示したもの
である。

このデータよりパイプ８は温度上昇に伴い誘電率εと
誘電体損失角tanδは温度が上昇すると大きく変化す
る。マイクロ波加熱の発熱量はこれら誘電率εと誘電体
損失角δの掛けた値に比例するため、マイクロ波加熱に
よる誘電体損失が高温になると急増することが判る。

そのため、加熱室１内に被加熱物５がないいわゆる無
負荷状態や微量の被加熱物しかない場合には、この高温
となった誘電損失が増加した管状ヒーターにマイクロ波
のエネルギーが集中することになる。

マイクロ波エネルギーは加熱室内では完全に均一でな
いので、そのエネルギー分布の強い部分に相対する管状
ヒーターの部分が重点的に加熱されることになり、その
加熱による管状ヒーターの誘電率εおよび誘電対損失角
tanδがさらに増大して、益々この部分の加熱が加速さ
れるので、ついにはこの部分が赤熱し、溶けて変形，破
壊に至るということがあった。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、この構成においては、パイプ８の加熱
室１に於ける貫通部分に空胴型のチョーク減衰器6,7を
設ける必要があり、形状が複雑であり、コストアップと
なるとともにパイプ８内の電熱線９の放熱長が短くなる
という問題があり、貫通孔が設けられている加熱室壁か
らある一定の距離でヒーターの誘電体管部分でのマイク
ロ波による加熱が極めて強く発生する。

そこで、出願人は加熱室内へのチョーク減衰器を突出
して設けない構成を検討していたところ、ヒーターの誘
電体管部分に高周波電波を照射した時の誘電体管の誘電
体損失による発熱状態を放射温度計などで観測すると、
マイクロ波により加熱されて他に比べて高温となる箇所
がみられるなどの課題が発生した。

また、電熱線９に通電していた直後にマイクロ波加熱
を行うと、パイプ８自体が電熱線９により加熱された熱
で誘電体損失が大きくなっているために、マイクロ波の
加熱により局部的に異常加熱され、パイプ８が溶けたり
損傷を起こし、また、電熱線９が異常加熱に伴い断線す
るなどの課題があった。

そこで、本発明は簡単な構成で誘電体が加熱室外へ貫
通している部分における電波分布を均一化することによ
り、電波加熱による誘電体の異常加熱を防止する高周波
加熱装置を提供することを第１の目的とする。

また第２の目的は誘電体が貫通している加熱室壁部分
での電波漏洩量を少なく抑える高周波加熱装置を提供す
ることにある。

第３の目的は誘電体の管状ヒーターの全長部分におい
て電波分布を均一化し、電波加熱による誘電体の異常加
熱を防止する高周波加熱装置を提供することにある。

第４の目的は誘電体が貫通している加熱室壁部分での
電波漏洩量を少なく抑える高周波加熱装置を提供するこ
とにある。

第５の目的は誘電体が加熱室壁を貫通する部分での電
波分布を均一化することをより積極的に実施し、電波加
熱による誘電体の異常加熱を防止する高周波加熱装置を
提供することにある。

また第６の目的は電波が入り込んでくる側で電波能動
手段によりで電波を先に均一化し、誘電体の異常な加熱
を防止すると共に被加熱物の出し入れ時に直接被加熱物
が誘電体の管状ヒーターに接触するときの衝撃を緩和す
る高周波加熱装置を提供することにある。

課題を解決するための手段 そこで前記第１の目的を達成するために本発明は、加
熱室にマイクロ波を供給する手段と、誘電体の管状ヒー
ターとこれを収容するヒーター収容部と電波能動手段を
備え、ヒーター収容部の壁面はマイクロ波の反射材料で
構成させ、かつ加熱室の一壁面に設け、誘電体の管状ヒ
ーターがマイクロ波にさらされる構成であり、誘電体の
管状ヒーターはヒーター収容部の両端壁部に貫通孔を設
けて貫通し、電波能動手段は誘電体の管状ヒーターの近
傍でかつヒーター収容部の両端壁部の少なくとも一方に
電気的に同電位になるように金属棒を用い、この金属棒
の長さを加熱室内に供給する電波の波長λに対して略λ
/4とするものである。

第２の目的を達成するために電波能動手段としての金
属棒をヒーター収容部の両端壁部の双方に連続して誘電
体の管状ヒーターと平行に設けるものである。

第３の目的を達成するために管状ヒーターから電波能
動手段である金属棒までの距離をほぼλ/4とするもので
ある。

第４の目的を達成するために電波能動手段をヒーター
収納部の両端壁部の少なくとも一方に複数個設けるもの
である。

また第５の目的を達成するために電波能動手段はヒー
ター収容部の加熱室側でかつ誘電体の管状ヒーターはヒ
ーター収容部を形成するマイクロ波の反射壁部と電波能
動手段の間に設けるものである。

作用 本発明の高周波加熱装置は、加熱室にマイクロ波を供
給する手段と、誘電体の管状ヒーターとこれを収容する
ヒーター収容部と電波能動手段を備え、ヒーター収容部
の壁面はマイクロ波の反射材料で構成させ、かつ加熱室
の一壁面に設け、誘電体の管状ヒーターがマイクロ波に
さらされる構成であり、誘電体の管状ヒーターはヒータ
ー収容部の両端壁部に貫通孔を設けて貫通し、電波能動
手段は誘電体の管状ヒーターの近傍でかつヒーター収容
部の両端壁部の少なくとも一方に電気的に同電位になる
ように配設するもので、誘電体が加熱室外へ貫通してい
る部分における電波分布を均一化することにより、電波
加熱による誘電体の異常加熱を防止する。

また電波能動手段としては金属棒を用い、この金属棒
の長さを加熱室内に供給する電波の波長λに対してλ/4
とすることで、誘電体が貫通している加熱室壁部分での
電波漏洩量を少なく抑えることができる。

電波能動手段としての金属棒をヒーター収容部の両端
壁部の双方に連続して誘電体の管状ヒーターと平行に設
けることにより、誘電体の管状ヒーターの全長部分にお
いて電波分布を均一化し、電波加熱による誘電体の異常
加熱を防止する。

管状ヒーターから電波能動手段である金属棒までの距
離をほぼλ/4とすることにより、誘電体が貫通している
加熱室壁部分での電波漏洩量を少なく抑えることができ
る。

電波能動手段をヒーター収容部の両端壁部の少なくと
も一方に複数個設けることにより、誘電体が加熱室壁を
貫通する部分での電波分布を均一化することをより積極
的に実施し、電波加熱による誘電体の異常加熱を防止す
る。

また電波能動手段はヒーター収容部の加熱室側でかつ
誘電体の管状ヒーターはヒーター収容部を形成するマイ
クロ波の反射壁部と電波能動手段の間に設けることで、
被加熱物の出し入れ時に直接被加熱物が誘電体の管状ヒ
ーターに接触するときの衝撃を緩和することにもなる。

実 施 例 以下、本発明の一実施例における高周波加熱装置につ
いて図面と共に説明する。

第２図は本発明の高周波加熱装置を示す外観斜視図で
ある。

第１図に示すように加熱室16にマグネトロン17から発
振した電波は導波管18を介して加熱室16の内部に照射さ
れ、被加熱物19を高周波電波により誘電加熱をする構成
である。加熱室16の両側面には石英ガラス等の耐熱性誘
電体で構成したパイプ20を上記加熱室16に貫通させる第
一の貫通孔21,第二の貫通孔22を設ける。パイプ20には
電熱線25を内蔵し、第一の引き出し線23,第二の引き出
し線24を加熱室16の両側面に引出し、通電をすることに
より電熱加熱を行うことが出来る構成である。

第３図は第１図の要部詳細図であり、28はパイプ20を
支持する碍子であり、耐熱性誘電体で構成したパイプ20
の第一の貫通孔21への貫通方向と平行に設けた第一の金
属棒26の長さＬは、加熱室16内に照射する電波の波長を
λとしたとき、Ｌ≧λ/4とすることにより、パイプ20,
電熱線25および第一の引き出し線23の部分での電界がパ
イプ軸の方向にほぼ均一に分布し、パイプ20の中心から
第一の金属棒26までの距離をほぼλ/4とすることによ
り、パイプ20,電熱線25および第一の引き出し線23の部
分における電波電界での電圧分布がほとんど零にするこ
とができ、第一の貫通孔21から加熱室16外への電波漏洩
量も最少とすることができる。

本実施例では、空胴型のチョーク減衰器のような複雑
な構成を必要とせず、簡単な構成で電波シールの構成を
実現することができ、加熱室16内でのパイプ20を遮蔽す
る部分がなくなるため、電熱線25の有効長さが長くとる
ことができ、電熱線25の単位長さ当たりの電力数が低く
できるため、電熱線25の耐用年数が長くなるという効果
が得られる。

また、電熱線25に通電した直後のパイプ20は高温とな
り誘電損失が大きくなっている。このような状態で高周
波加熱を行った場合でも、パイプ20に対する電界が均一
でありかつ集中しないため、パイプ20の局部加熱や溶け
が起こらない。

第一の金属棒26とパイプ20までの距離がほぼλ/4の距
離で効果があることについては、実際の実験結果から第
８図および第９図に示すように第一の金属棒26と電波漏
洩量の関係をグラフ化すると、λ/4Ａ＋Ｂといった式
で表される距離に相当している。また、第一の金属棒26
の長さについてはλ/4の奇数倍にすれば効果を得られる
ことがわかる。

また、第４図は上記加熱装置の横断面図であり、第１
図〜第３図では判り難いがパイプ20および第一の金属棒
26は加熱室16を構成する加熱室天井壁面31に設けたヒー
ター収容部30の部分に納まっており、このヒーター収容
部30の部分の詳細図が第５図である。

前記ヒーター収容部30を構成する壁面32は電熱線25か
ら輻射される熱線が効率よく被加熱物19に照射されるよ
うに放物曲面になっており、この放物曲面の焦点付近に
パイプ20が配置されている。

このため、加熱室16内に照射された電波自身も前記ヒ
ーター収容部30内では放物曲面の焦点近傍に設けられた
パイプ20に集まる傾向があるが、本発明に示す第一の金
属棒26を設けることにより、ヒーター収容部30内に入っ
てくる電波に対しては第一の金属棒26のある側からの電
波が抑制されるため、放物曲面の焦点部の電界集中も緩
和することが出来る。

また、第６図，第７図は他のヒーター収容部の実施例
であり、ヒーター収容部を構成するヒーター収容部壁面
を近似的に放物曲面にして、同様の効果を得ようとした
ものであるが、これらについても金属棒35,38を設ける
ことにより上記と同様にパイプ34,37部分での電界の集
中を防止する効果を得ることが出来る。

第10図は本発明の他の一実施例であり、第１図および
第３図で説明した実施例での第一の金属棒26を延伸させ
た実施例で、パイプ40と平行に加熱室41の側壁面から対
面の側壁面まで一本の金属棒39で構成することにより、
誘電体のパイプ40上での電界分布を全体に均一とする構
成となっている。このためパイプ40上での局部加熱や放
電事故が防止することができる。また、金属棒39を第10
図に示すようにパイプ40の直径の水平高さより下で固着
することで、被加熱物42の出し入れの際のパイプ40に直
接被加熱物42が触れることがないので、パイプ40の破損
を防止できる。また、電熱線43に通電した直後のパイプ
40は高温となり誘電損失が大きくなっているような状態
で高周波加熱を行っても、パイプ40に対する電界が均一
であるため、パイプ40の局部加熱や溶けが起こらない。

第11図は本発明の他の一実施例で、加熱室48の天井部
に設けたヒーター収容部49内には石英ガラス等の耐熱性
誘電体で構成したパイプ50,51を設け、パイプ内には電
熱線を設けており、また、ヒーター収容部49内でパイプ
50,51よりも下部に金属棒53,54を設けた実施例である。
このようにヒーター収容部49内にパイプと金属棒が一対
になって複数対あるような構成においてもパイプ50,51
部分での電界集中を緩和することができ、また、パイプ
50,51の貫通孔部54,55の部分における電波電界での電圧
分布がほとんど零にになるので、貫通孔部54,55からの
電波漏洩量も最少とすることできる。

以上のように本実施例においては、以下の効果が得ら
れる。

誘電体の加熱室の貫通部において、誘電体の貫通方向
に平行な金属棒の長さを電波の略λ/4とすることで誘電
体に加わる電波による電界がほぼ均一に分布し、さらに
誘電体の貫通孔から金属棒までの距離をほぼλ/4とする
ことで電波の電界による電圧分布を零に近づけることが
でき、誘電体の貫通部からの電波漏洩をほとんど無くす
ることができ、非常に簡単な構成にて電波漏洩防止とい
う目的を実現することができる。

誘電体に加わる電波による電界がほぼ均一な分布とな
るため、誘電体の電波による局部的な加熱や放電事故が
防止でき、誘電体自体の電界集中による溶けを防止でき
るとともに誘電体の内部に設けた電熱線の電界集中によ
る断線も防止することができる。

非常に簡単な構成であるために電波漏洩防止のための
金属棒の位置決め作業や固着させる作業も簡単となり、
これらの作業にかかる時間や手間が少なくなり生産性の
高い高周波加熱装置を提供することができる。

誘電体および電熱線に加わる電界が均一かつ電圧分布
がほとんど零となるため、誘電体および電熱線の高周波
吸収が少なくなり、誘電体および電熱線の経年変化を抑
えることができ耐用年数の長い安定した高周波加熱装置
を供給することができる。

誘電体の高周波吸収が少なくなることにより、被加熱
物への高周波吸収率が向上するため、さらに高周波加熱
調理での時間が短縮できる。

発明の効果 以上のように請求項１記載の高周波加熱装置において
は、以下の効果が得られる。

管状ヒーターの加熱室内への熱放射効率を抑えること
なくかつ、誘電体の管状ヒーターに加わる電波は電波能
動手段により、誘電体の局部的な異常加熱や電波による
放電事故が防止できるので、管状ヒーターが変化したり
破壊してしまうという故障を防止することができる。

また電波能動手段の長さを略λ/4とすることによって
誘電体の加熱室の貫通部における電波漏洩量を更に効果
的に少なく抑えることができる。

請求項２記載の高周波加熱装置においては、電波能動
手段としての金属棒をヒーター収容部の両端壁部の双方
に連続して誘電体の管状ヒーターと平行に設けることに
より、誘電体の管状ヒーターの全長部分において電波分
布を均一化し、電波加熱による誘電体の異常加熱を防止
する。

請求項３記載の高周波加熱装置においては、管状ヒー
ターから電波能動手段である金属棒までの距離をほぼλ
/4とすることにより、誘電体が貫通している加熱室壁部
分での電波漏洩量を更に少なく抑えることができる。

請求項４記載の高周波加熱装置においては、電波能動
手段をヒーター収容部の両端壁部の少なくとも一方に複
数個設けることにより、誘電体が加熱室壁を貫通する部
分での電波分布を均一化することをより積極的に実施
し、電波加熱による誘電体の異常加熱を防止する。

また請求項５記載の高周波加熱装置においては、電波
能動手段はヒーター収容部の加熱室側でかつ誘電体の管
状ヒーターはヒーター収容部を形成するマイクロ波の反
射壁部と電波能動手段の間に設けることで、被加熱物の
出し入れ時に直接被加熱物が誘電体の管状ヒーターに接
触するときの衝撃を緩和することにもなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における高周波加熱装置の断
面図、第２図は同装置の外観斜視図、第３図は同要部断
面図、第４図は同装置の断面図、第５図は同要部断面
図、第６図および第７図は第５図に相当する他の実施例
の要部断面図、第８図は金属棒の長さと貫通孔部からの
電波漏洩量の特性図、第９図は誘電体から金属棒までの
距離と貫通孔部からの電波漏洩量の特性図、第10図は本
発明の他の一実施例における高周波加熱装置の要部断面
図、第11図は同装置の要部外観斜視図、第12図は従来の
高周波加熱装置の斜視図、第13図は同装置の断面図、第
14図は同装置の空胴型のチョーク減衰器の断面図、第15
図および第16図は誘電体パイプの誘電率εと誘電損失角
δの温度による変化特性図である。 20……誘電体パイプ、21……第一の貫通孔、22……第二
の貫通孔、23……第一の引き出し線、24……第二の引き
出し線、25……電熱線、26……第一の金属棒、27……第
二の金属棒。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加熱物を収容する加熱室と、前記加熱室
   にマイクロ波を供給するマイクロ波発振器と、誘電体材
   料よりなり内部に電熱線を有する管状ヒーターと、前記
   加熱室の一部に設けられかつこの加熱室内のマイクロ波
   が侵入自在に設けられ前記管状ヒーターを収容するヒー
   ター収容部と、長さが使用するマイクロ波の波長λの略
   λ/4である金属棒よりなる電波能動手段とを備え、前記
   管状ヒーターはヒーター収容部の壁面部に貫通孔を設け
   て貫通し、かつ前記電波能動手段はこの管状ヒーターの
   貫通孔の少なくとも一方の近傍でこのヒーター収容部と
   電気的に同電位になるように配設した高周波加熱装置。
2. 【請求項２】電波能動手段がヒーター収容部の両端壁部
   の双方に連続して誘電体の管状ヒーターと平行に設けた
   請求項１記載の高周波加熱装置。
3. 【請求項３】電波能動手段は誘電体の管状ヒーターの管
   壁面より使用するマイクロ波の波長λのほぼλ/4の距離
   に配し、前記誘電体の管状ヒーターとは離して設けた請
   求項１記載の高周波加熱装置。
4. 【請求項４】電波能動手段をヒーター収容部の両端壁部
   の少なくとも一方に複数個設けた請求項１記載の高周波
   加熱装置。
5. 【請求項５】電波能動手段はヒーター収容部の加熱室側
   で、かつ誘電体の管状ヒーターはヒーター収容部を形成
   するマイクロ波の反射壁部と電波能動手段の間に設けた
   請求項１記載の高周波加熱装置。