JP3102235B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents
高周波加熱装置Info
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Description
電磁波を与えて加熱する高周波加熱装置の特に給電構成
(加熱室への電磁波の入れ方)に関するものである。
ジは、従来は図10に示すような構成であった。すなわ
ち電磁波放射部としてのマグネトロン1から出た電磁波
は、導波管2を介して伝送され、加熱室3内では加熱室
3形状と開口部4の位置で決まる定在波となって分布
し、食品5は定在波の電界成分と食品5の誘電損失に応
じて発熱する。食品の単位体積当り吸収される電力P
[W/m3]は、加えられる電界の強さE[V/m]、
周波数f[Hz]、および食品の比誘電率εr、誘電正
接tanδにより(数1)として表される。食品5の加熱
分布は電磁波の定在波分布によって決まるため、加熱部
分のむらを抑えるために、食品を乗せる置き台のターン
テーブル34を回転運動させて同心円上の加熱分布の均
一化を図っている。
内で金属板により電波を撹拌するスタラーや、導波管の
出口自体の金属部を回転させる回転導波管を呼ばれるも
のもあったが、ターンテーブルタイプのものが最も普及
している。
の構成では、被加熱物の縁には電界が集中するが内部に
は集中しないことが多く、加熱終了時のできばえとし
て、外側は熱すぎて、内側はまだ冷たいなど不均一さが
残るという課題を有していた。
(電磁波が加熱室に入るところ)が天面上もしくは側面
に位置して固定されており、加熱室内の定在波分布が常
に一定であるように思えるが、実際は被加熱物の形状や
誘電定数により電磁波の吸収度合いが変わるなど、給電
点から遠ざかるに従って定在波分布が乱れやすくなる。
定在波分布が乱れると、ねらった加熱分布にならない
上、たいていの電子レンジにおいては図11のように高
さの低い食品(代表的には冷凍しゅうまい1パックな
ど)の加熱を行なうと縁(周囲に置かれたもの)が熱く
なり中央部がなかなか熱くならない。図11(a)は皿
35にのせたしゅうまいを示し、熱くなったしゅうまい
36、冷たいままのしゅうまい37を示す。図11
(b)は図11(a)のB−B’断面である。このよう
にいくらターンテーブルを回転させたとしても回転中心
から見た半径方向の分布や上下方向の分布は改善されな
いので、根本的解決方法として食品の中央部が強く加熱
される分布を強制的に作らない限り、使用者にとって極
めて不満の残る仕上がり状態になる。
の給電点の移動のように、電磁波分布を刻々と変化させ
るものについては、上記の問題に加えて、加熱室3内に
定在波が立ちにくく加熱室3とマグネトロン1とのマッ
チング状態が悪くなり効率が落ちる課題を有していた。
効率が落ちると加熱時間が長くなり使用者の待ち時間が
長くなる問題や電力の無駄、マグネトロン1の熱ストレ
スが増えることで信頼性が落ちるなど種々の問題を引き
起こしていた。
終了時のできばえの均一な高周波加熱装置を実現するこ
とを目的とする。
は上記目的を達成するため、被加熱物を出し入れする加
熱室と、電磁波を放射する電磁波放射部と、前記電磁波
放射部から放射される電磁波を前記加熱室底面に導く導
波管と、前記加熱室底面中央と前記導波管との接続部に
設けられた開口部と、前記電磁波放射部からの電磁波の
放射を制御する制御部とを備え、加熱室内に被加熱物が
無い状態において加熱室底面に発生する二つの逆向きの
強電界(腹)の間に被加熱物を置く構成としたものであ
り、必要に応じて、電界の強いところ(腹)が前記加熱
室底面の幅方向に奇数個かつ奥行方向に偶数存在する
か、あるいは幅方向に偶数個かつ奥行方向に奇数個存在
する構成としたものである。
る。
て分布して電界の強弱(腹と節)を有し、二つの逆向き
の強電界(腹)の間に被加熱物を置くので、被加熱物内
で電界が曲げられ、被加熱物の誘電損失により電界が曲
げられたところで最も発熱が多くなる。
布して電界の強弱(腹と節)を有するもので、電界の強
いところ(腹)が、加熱室の幅方向に奇数個かつ奥行方
向に偶数個存在するか、あるいは幅方向に偶数個かつ奥
行方向に奇数個存在するので、幅と奥行きの中央部分を
挟み込むように逆向きの強電界が生じるため。加熱室の
中央付近に置かれる被加熱物の中央部分で最も発熱が多
くなる。
る。
高周波加熱装置の構成図である。電波放射部としてのマ
グネトロン1からでた電波は、導波管2を介して加熱室
3の開口部4を通り、加熱室3内の食品5を加熱する。
食品5は回転する置き台6により回転方向の分布の均一
化が図られる。置き台6の回転のしくみは、駆動部7よ
り伝達部としての第一の歯車8が回転し、第二の歯車9
に回転が伝えられ、軸10をい介して置き台6が回転す
るようにしている。ここで加熱室3の底面に樹脂製の底
板11を配置し、底板11は第二の歯車9の回転中心と
なる位置に突起12を備えている。突起12と第二の歯
車9の間の摩擦は極めて小さく、スムーズに第一の歯車
8の回転が第二の歯車9に伝わるものである。一方、軸
10は、第二の歯車の回転が置き台6に完全に伝わるよ
うに接続している。さらにカバー13により歯車8、9
をガードし、その上に回転をよりスムーズに行なうため
のローラーリング14を備えている。制御部15は、マ
グネトロン1の電波の放射を制御したり、置き台6を回
転させるべく駆動部7の動作を制御している。置き台
6、第一の歯車8、第二の歯車9、軸10、底板11、
突起12、カバー13、ローラーリング14、第一の歯
車8用駆動軸16などはすべて電子レンジの発振周波数
(2.45GHz)での損失が少ない樹脂を使ってい
る。
装置における電磁波の伝送あるいは共振の様子を示す。
続イメージを簡単に表している。ただし、今後使用する
寸法はすべて板厚を含まない内寸とする。
の距離Ltは、導波管2内を上方向に向かって伝送する
電磁波の波長(管内波長)をλgとして表すと、λg/
2のおよそ整数倍の距離である。これは、電磁波が導波
管2内を伝送するときに、導波管2の形状で決まる管内
波長λgに基づいて強弱を繰り返しながら図2の上方向
に進み、λg/2の整数倍の位置で必ず磁界が強くなる
(導波管内の伝送では磁界と電界の位相は一致し、電界
も強くなる)ので、開口部4で磁界を強くしたいがため
選んでいるのである。ここではLt=λgとし、実線の
矢印が電界の向きを、破線の矢印が磁界の向きを示して
いる、また磁界(および電界)の向きはλg/2毎に逆
向きとなるので、給電点やLt=λgに対してL1=λ
g/2では矢印の向きが逆になっているが、それぞれが
2.45GHzの周波数で反転する。すなわち図2で
は、開口部4での強磁界18(破線矢印)の向きは手前
から奥方向であり、強電界(実線矢印)の向きも右から
左方向に向いているが、反転をくり返すものである。さ
らに付け加えると、図2では磁界(および電界)の強い
ところで加熱室3の開口部4と接続されているため、効
率よく加熱室3内に電磁波が入る。本発明の第1の実施
例によると、二つの逆向きの強電界の間に被加熱物を置
くので、被加熱物の中央部分が、加熱され易く、縁に電
界が集中することなく均一な仕上がり状態を提供でき
る。
を参照して説明する。ここで管内波長λgの定義は、図
2に合わせて説明すると、導波管2の奥行きをa、厚み
をb、奥行方向の電波の強弱の山の数をm,厚み方向の
電磁波の強弱の山の数をn、真空での電磁波はの波長を
λ≒122mmとすれば、(数2)となる。一般にm=
1、n=0が多く採用され、このときは(数3)とな
る。具体的な値としてa=80mm、b=40mmならλg
≒188mm程度である。
導波管の接続イメージと加熱室内に励起される磁界と電
界を簡単に表している。
磁界18(破線矢印)により、同一方向の強磁界20、
21(それぞれ破線矢印)が起こりやすくなり、電磁波
が加熱室3内に入り、それにより加熱室3内で電磁波が
共振を起こす。共振状態では、導波管内のような伝送状
態とは異なり、磁界と電界の位相は90゜ずれるので、
強磁界20、21とは位相のずれた強電界22、23
(実線矢印)が開口部4を挟み込むように生じる。
図で、共振状態において生じる電界と一部の磁界を示し
ている。
って決まるのだが、本実施例においては、強磁界20、
21とは位相のずれた強電界22、23が加熱室底面2
4に対して垂直にたち、同時に強電界22と同方向(図
4の奥向き)に強電界25がたっち、強電界23と同方
向(図4の手前向き)に強電界26がたつ。もちろん
2.45GHzごとに、それぞれ向きが反転するもので
ある。ここで図4中の斜線部は、加熱室底面24に生じ
る電界のうちある程度以上に電界が強い領域を示してお
り、加熱室の奥行き方向(図4の上下)に三つ、幅方向
に(図4の左右)に四つ、強電磁界が生じている。これ
は共振状態となったために加熱室内に電磁波が定在波と
して分布することによって起こる電界の腹であり、この
腹の数をモードと呼ぶ。通常、加熱室形状を三次元で表
し、各方向の寸法をx、y、zとする時、それぞれの方
向に電界の腹がm、n、pだけあれば、そのモードは
(mnp)であるという。本実施例では、加熱室底面2
4の奥行きxと幅yの中心位置に開口部4の寸法a、b
の中心位置を一致させていると同時に、開口部4を挟み
込むように強電界22、23が発生するように構成して
いるので、奥行きxの中心位置には強電界が生じやす
く、幅yの中心位置には強電界が生じにくくなる。よっ
て奥行きx方向には奇数のモード(m;奇数)が立ちや
すく、かつ幅y方向には偶数のモード(n;偶数)が立
ちやすくなると同時に、他のモードが立ちにくくなる。
ここでは、m=3かつn=4である。
かつn=4のモードを三次元的に実現した例で、加熱室
寸法x、y、zに対してモード(341)が立つとき
の、加熱室と導波管の接続イメージを簡単に表してい
る。図5中の斜線部は、加熱室3壁面上に生じる電界の
うちにある程度以上に電界が強い領域を示しており、向
かい合う壁面は対称な電界分布を示すものである。斜線
部の数(電界の腹)を数えるとx方向に3個(m=
3)、y方向に4個(n=4)、z方向に1個(p=
1)たっており、モード(341)だということが容易
にわかる。
加熱室3が直方体の場合には、加熱室3の寸法と開口部
4の位置により、立ちうるモードを求めることができ
る。加熱室3寸法をx、y、zとし、各方向に立つモー
ドの数は(数4)を満たすm、n、pの組合せとなる。
(x、y、zはmm単位、m、n、pは整数)
よる波長圧縮の影響などで(数4)からずれが生じる。
しかし食品があっても、開口部4付近では(数4)満た
すモードが立とうとしており、開口部4から離れた位置
ではモードが乱されることが多いということが、実験的
にわかってきている。よってλ≒122mmでモード(3
41)を立てるための一例として、(数4)をほぼ満た
す寸法のx=300mm、y=330mm、z=215mmな
どを選ぶことができる。
第5図の加熱室のA−A’部断面の電界を示す。
じる電界のうちある程度以上に電界が強い領域を示して
おり、(341)らしいモードが生じている。
合の第5図の加熱室3のA−A’部断面の電界を示す。
4付近)に置かれる高さの低い食品5は、開口部4を挟
み込むように生じた一対の逆向きの強電界22、23を
押し曲げて食品内強電界27となり、この食品内強電界
27と食品5の誘電損失により(数1)に示した電力P
に基づいて加熱される。このとき食品5の中央下部に発
熱部28が生じ、縁が煮える事なく食品5内部が加熱さ
れる。このとき、食品5より加熱室3内の電界分布は乱
され、開口部4から離れたところでのモードはどうなる
かわからない。図7では図6と異なる強電界の変形部2
9のみを示したが、極端な場合は加熱室3天面の四つの
強電界30が三つや二つになってしまう可能性もある。
これは食品5の形状、誘電損失、置かれる場所、開口部
の位置、加熱室形状など様々な要因で変化すると考えら
れるので、現状では推定ができない。よって電界の変化
の少ない開口部4付近に食品5を置く構成が望ましい。
し、電界の強弱が加熱室の幅方向と奥行方向にそれぞれ
奇数個、偶数個あるいは偶数個、奇数個存在するので幅
と奥行の中央付近を挟み込むように逆向きの強電界が生
じる。ほとんどの被加熱物が幅と奥行の中央部分に置か
れるので置き場所を細かく限定することがないので、均
一な仕上がり状態を提供することができる。
波加熱装置の断面図である。図1とは異なり、導波管2
を途中で折りまげた構成であり、加熱室3の下の部分の
寸法Luを小さくしたものである。このとき加熱室3底
面から垂直下向きの長さLmと給電部17までの水平方
向の長さLt−Lmは、導波管2の厚み方向の寸法bの
中心をたどった長さであり、導波管2トータルの長さ
は、図1と同じくLtとなる。この実施例によると、L
uが小さいほど高周波加熱装置全体の外形がコンパクト
にできる効果がある。ただしここでLmを短くしすぎる
と、開口部4付近の電界や磁界が乱れる危険があるので
注意を要する。
波加熱装置の断面図である。図3〜図8に示したような
強電界22の生じる位置に開口部31を有し、導波管2
と加熱室3の接続は、導波管2内の電界が図9のように
上下方向を向くようにして接続するものである。給電部
17から開口部31の中心までの距離をL’tとし、
L’tは基本的には(数2)(数3)で説明した考え方
に従い、λg/2の整数倍とすべきである。ここでは
L’t=λgとしているので、開口部31で強電界32
が生じ、同一方向の強電界22が起こりやすくなると同
時に、加熱室中心33に対する強電界22の対称位置に
は逆向きの強電界23が起こりやすくなり、図4〜図7
で説明した状態を作り出すことができる。ただし開口部
31は、図1〜図8で示した第3の実施例の開口部4と
は異なり加熱室底面24の中央にはないので、図9の強
電界23は食品5によって乱されやすいという問題があ
る。この問題を防ぐためには、図9の構成に加えて、強
電界23位置の加熱室室底面上にもう一つ別の開口部と
設け、開口部31とは逆向きの強電界が生じるように導
波管2を接続するなどの工夫が必要である。
装置には以下の効果がある。
物を置くので、被加熱物の中央部分が加熱され易く、縁
に電界が集中することなく均一な仕上がり状態を提供で
き、使用者も出来映えに満足感を得られる。
幅方向と奥行方向にそれぞれ奇数個・偶数個あるいは偶
数個・奇数個存在するので、幅と奥行の中央部分を挟み
込むように逆向きの強電界が生じる。ほとんどの被加熱
物が幅と奥行の中央付近に置かれるので置き場所を細か
く限定する事なく、被加熱物の中央部分が加熱され易く
なり、縁に電界が集中することがないので、均一な仕上
がり状態を提供でき、使用者も出来映えに満足感が得ら
れる。
の構成図
の要部構成図
の構成図
の構成図
構成図
Claims (2)
- 【請求項1】被加熱物を出し入れする加熱室と、電磁波
を放射する電磁波放射部と、前記電磁波放射部から放射
される電磁波を前記加熱室底面に導く導波管と、前記加
熱室底面中央と前記導波管との接続部に設けられた開口
部と、前記電磁波放射部からの電磁波の放射を制御する
制御部とを備え、加熱室内に被加熱物が無い状態におい
て加熱室底面に発生する二つの逆向きの強電界(腹)の
間に被加熱物を置く構成とした高周波加熱装置。 - 【請求項2】電界の強いところ(腹)が前記加熱室底面
の幅方向に奇数個かつ奥行方向に偶数存在するか、ある
いは幅方向に偶数個かつ奥行方向に奇数個存在する構成
とした請求項1記載の高周波加熱装置。
Priority Applications (1)
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JP05284827A JP3102235B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | 高周波加熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP05284827A JP3102235B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | 高周波加熱装置 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP05284827A Expired - Fee Related JP3102235B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | 高周波加熱装置 |
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WO2011033740A1 (ja) | 2009-09-16 | 2011-03-24 | パナソニック株式会社 | マイクロ波加熱装置 |
-
1993
- 1993-11-15 JP JP05284827A patent/JP3102235B2/ja not_active Expired - Fee Related
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