JP4894170B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は回転アンテナにより加熱室へ高周波電磁波を放射する高周波加熱装置に関するものである。

従来、この種の高周波加熱装置は、高周波発振器からの高周波電磁波を導波管により伝送し、回転アンテナにより導波管と加熱室を高周波的に結合し、高周波電磁波を加熱室に供給している（例えば、特許文献１参照）。

図７は、特許文献１に記載された従来の高周波加熱装置を示すものである。図７に示すように、加熱室２と、高周波発振器３と、導波管４と、回転アンテナ水平成分６と回転アンテナ垂直成分７とからなる回転アンテナ５と、アンテナ駆動軸８と、駆動モータ９から構成されている。
特公昭６２−４１３８６号公報

しかしながら、前記従来の構成では回転アンテナ５はアンテナ駆動軸８に接合され、アンテナ駆動軸８は駆動モータ９の回転軸に連結ピン等により連結されているので、回転アンテナ５を取付けるためには、加熱室２内で回転アンテナ５を保持しながら、連結ピンをアンテナ駆動軸８と駆動モータ９の回転軸の両方に設けられたピン穴に、同時に挿入するという複雑で困難な作業が必要とされていた。

また、電熱ヒーター付きの高周波加熱装置や、加熱室内の食品汚れ等を４８０℃程度の高温で焼き切るセルフクリーニング機能を合わせ持つような高周波加熱装置の場合は、導波管内の温度も非常に高くなり、アンテナ駆動軸は高分子材料で構成すると溶けてしまうという課題を有していた。

また、金属製のアンテナ駆動軸を用いればセルフクリーニング機能を持つような高周波加熱装置でも溶けることはないが、電波を誘引してしまうので、アンテナ駆動軸の全体を電波チョーク機能を有したチョークカバーで覆う等の電波漏洩防止構造が必要となり、部品数も増えて高価になると共に、構造的にも大きくなり高周波加熱装置自体が大きくなるという課題を有していた。そのためセラミック等の高耐熱誘電体材料を使用することがあるが、周知のごとくセラミックは硬く、また割れやすいので、これと金属製の回転アンテナを信頼性のある方法で、しかも安価に接続することは量産性を考えると非常に難しいものであった。

従来から提案され、また一部実施されて来た方法は、
（１）セラミック製のアンテナ駆動軸と回転アンテナの両方にそれぞれメネジまたはオネジを切り、これにより接続する。
（２）セラミック軸の表面の一部をメタライズ処理し、ろう付けにより回転アンテナと接合する。
（３）セラミック軸とアンテナの両方の側面に小さい穴をあけ、この穴にリベットまたはピン等を通してカシメる。
等である。

（１）の場合、セラミックは焼成工程における収縮が非常に大きいためネジの精度を出
すことが難しく、結果的に非常に高価になるという欠点があり、またネジを強く締めるとセラミックが破壊するという課題を有していた。

（２）の場合も、セラミックのメタライズからろう付けまでの一連の工程が非常に高価になるという課題を有していた。

（３）の場合はコスト的には比較的安価であるが、カシメ時の衝撃によりセラミックが割れたり、クラックが入る等の品質上の課題を有していた。また電界が強い導波管内の回転アンテナ部分に金属のカシメを用いれば、被加熱物を入れ忘れて動作させるいわゆる空焼き状態や質量の小さな軽負荷で動作させて定在波比が非常に大きくなった時に、カシメ部分でスパークが発生するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、誘電体製のアンテナ駆動軸と回転アンテナの接続を容易にし、組み立て時の作業性とサービス性が良く、あわせてアンテナ部のスパーク発生を防止した高周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、本発明の高周波加熱装置は、被加熱物を収容する加熱室と、前記加熱室へ高周波エネルギーを供給する高周波発振器と、前記高周波発振器で発振された高周波電磁波を前記加熱室へ伝送する導波管と、前記導波管と加熱室を高周波的に結合する回転アンテナと、前記回転アンテナに連結したアンテナ駆動軸と、前記導波管の外側に配置した駆動モータと、前記アンテナ駆動軸に連結する前記駆動モータの回転軸と、前記導波管に設けた貫通孔とを備え、前記アンテナ駆動軸は、先端を金属からなる先端金属部、その他の部分を誘電体からなる誘電体部で構成し、前記アンテナ駆動軸は前記貫通孔を通して前記導波管を貫通しその両端を前記導波管の外側に位置させ、前記アンテナ駆動軸の誘電体部と前記駆動モータの回転軸とを連結するとともに、前記アンテナ駆動軸の先端金属部にメネジを切り、前記回転アンテナを前記加熱室内で前記アンテナ駆動軸にネジにより接合し、かつ先端金属部は、回転アンテナが導波管内に突出している部分の端面と同一面か、または端面から引っ込む構成としたものである。

これによって、回転アンテナはアンテナ駆動軸を駆動モータの回転軸に連結した後に、加熱室内側よりアンテナ駆動軸に接合されるので、加熱室の内外から同時に作業する必要がなくなり組み立て時の作業性が向上するとともに、分解時の作業性も向上してサービス性が向上することになる。

また、本発明の高周波加熱装置は、アンテナ駆動軸の誘電体部の先端の直径が、貫通孔への貫通部の直径より小さく、誘電体部の先端がアンテナ駆動軸の先端金属部に設けた嵌合穴に嵌合し、アンテナ駆動軸の誘電体部の先端と、アンテナ駆動軸の先端金属部の嵌合穴の内径との隙間に耐熱性無機接着剤を充填したものである。

これによって、セラミックにネジを加工する方法や、メタライズ処理してロウ付けするような高価で作業に熟練を要する加工を施す必要がなくなるので、回転アンテナの構成を簡単、安価にすることができる。また、リベットにより回転アンテナとアンテナ駆動部を接合することもないので、スパークの発生も抑制できる。

本発明の高周波加熱装置は、回転アンテナの保持および取付け、分解作業を容易にし、構成を簡単、安価にすることができる。

第１の発明は、被加熱物を収容する加熱室と、前記加熱室へ高周波エネルギーを供給する高周波発振器と、前記高周波発振器で発振された高周波電磁波を前記加熱室へ伝送する導波管と、前記導波管と加熱室を高周波的に結合する回転アンテナと、前記回転アンテナに連結したアンテナ駆動軸と、前記導波管の外側に配置した駆動モータと、前記アンテナ駆動軸に連結する前記駆動モータの回転軸と、前記導波管に設けた貫通孔とを備え、前記アンテナ駆動軸は、先端を金属からなる先端金属部、その他の部分を誘電体からなる誘電体部で構成し、前記アンテナ駆動軸は前記貫通孔を通して前記導波管を貫通しその両端を前記導波管の外側に位置させ、前記アンテナ駆動軸の誘電体部と前記駆動モータの回転軸とを連結するとともに、前記アンテナ駆動軸の先端金属部にメネジを切り、前記回転アンテナを前記加熱室内で前記アンテナ駆動軸にネジにより接合し、かつ先端金属部は、回転アンテナが導波管内に突出している部分の端面と同一面か、または端面から引っ込む構成としたもので、回転アンテナはアンテナ駆動軸を取付けた後に加熱室内側よりアンテナ駆動軸に接合されるので、加熱室の内外から同時に作業する必要がなくなり組み立て時の作業性が向上するとともに、分解時の作業性も向上してサービス性を向上することができるとともに、アンテナ端面が高周波的には常に一定平面となるので、導波管内のアンテナ寸法を安定させ高周波発振器の動作点のバラツキを小さくすることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の誘電体部をセラミックにすることにより、アンテナ駆動軸が熱により変形したり溶けたりすることがないので、電熱ヒーター付きの高周波加熱装置にでも適用することができる。さらに、導波管の貫通孔から熱気が外へ漏れ出ることも抑制できるので、駆動モータの温度上昇や高周波加熱装置内の部品の温度上昇を抑えることができるとともに、加熱室の断熱性能を向上し熱効率を向上することができる。

また、セラミックの耐熱温度は非常に高いので、プラスチック等の高分子材料と比べて誘電損失の低い材料を選定する必要が無く、材料選定の選択肢が増えて安価な材料を選択することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の誘電体部の先端の直径を、貫通孔の直径より小さく、誘電体部の先端がアンテナ駆動軸の先端金属部に設けた嵌合穴に嵌合する構成としたことにより、先端金属部と誘電体部の同軸度が向上することになり、アンテナ駆動軸の先端金属部の傾きにつれて回転アンテナが傾き電波放射が不均一になるのを防止することができる。

第４の発明は、特に、第３の発明の誘電体部の先端と、先端金属部の嵌合穴の内径との隙間は０．２ｍｍ〜０．４ｍｍとし、その隙間に耐熱性無機接着剤を充填する構成としたことにより、嵌合部の温度が高くなった場合でも強い嵌合力を保持できるので、セルフクリーニング機能を持つ電熱ヒーター付き高周波加熱装置にも適用することができる。ちなみに、市販されている耐熱性無機接着剤の場合、セラミックと金属の接着力について１２００℃〜１３００℃の耐熱性が保証されているものがある。

第５の発明は、特に、第１から第４のいずれか１つの発明の先端金属部の直径を、貫通孔の直径と同じとしたことにより、アンテナ駆動軸の誘電体部と先端金属部を耐熱性無機接着剤を充填して固着する際に、アンテナ駆動軸の誘電体部と先端金属部を円筒状の冶具で保持することにより、アンテナ駆動軸の誘電体部と先端金属部の同軸度を向上することができるので回転アンテナが傾いたり、軸ブレして電波放射性能が不均一になるのを防止することができる。

第６の発明は、特に、第１から５のいずれか１つの先端金属部にオネジを切る構成としたことにより、漏洩電波や熱気漏れを抑えるために導波管の貫通孔を小さくして、アンテナ駆動軸の直径がさらに小さくなり先端金属部にメネジを切れない場合でも、ナットと組み合わせることで回転アンテナを強固に接合することができる。

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は、本発明の第１および第２の実施の形態における高周波加熱装置の要部の断面図である。

図１において、回転アンテナ垂直成分７は導波管４の中に突出しており、回転アンテナ水平成分６と有機的に関連して加熱室２に高周波電磁波を放出する回転アンテナを構成している。アンテナ駆動軸８は駆動モータ９の回転軸１０と、連結ピン１１により連結されている。アンテナ駆動軸８はその先端を金属からなる先端金属部１２とし、先端金属部１２以外は誘電体からなる誘電体部８ａとし、先端金属部１２にはメネジが切られており、ネジ１３をメネジ部に締結することにより回転アンテナ５をアンテナ駆動軸８に接合している。

以上のように構成された高周波加熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、アンテナ駆動軸８は、駆動モータ９の回転軸１０と連結ピン１１により連結され回転軸１０により保持される。アンテナ駆動軸８の先端金属部１２にはメネジが切られており、ネジ１３をメネジ部に締結することにより回転アンテナ５をアンテナ駆動軸に接合している。これにより回転アンテナ５は駆動モータ９に保持されることになり、駆動モータ９の回転力が回転アンテナ５に伝達され、回転アンテナ５が回転することにより加熱室２内に均一に電波を放射することとなる。アンテナ駆動軸８はその先端部以外は誘電体であるため、導波管４の貫通孔１４の孔径を適当な大きさに設定すれば、貫通孔１４から電波が外へ漏れ出るのを抑制できる。

以上のように、本実施の形態においては回転アンテナ５をネジ１３によりアンテナ駆動軸８の先端金属部１２のメネジ部に締結して回転アンテナ５をアンテナ駆動軸に接合することにより、回転アンテナ５はアンテナ駆動軸８を取付けた後に、加熱室２の内側よりアンテナ駆動軸８に接合することが出来る。このため加熱室２の内外から同時に作業する必要がなくなるので組み立て時の作業性が向上するとともに、分解時の作業性も容易になるのでサービス性を向上することができる。

また、ネジ１３は先端金属部１２のメネジ部に締結されているので、プラスチック等の誘電体にメネジが設けられたものと比べて締結力が強く、温度や経年変化による締結力の低下の心配が無い。とくに高周波加熱装置では導波管４の回転アンテナ５の近傍は電界が強く、温度も高温になるのでメネジを金属部１２に設けることにより締結力の低下を防止することができる。

（実施の形態２）
図１は、本発明の第２の実施の形態の高周波加熱装置の要部の断面図である。

図１において、アンテナ駆動軸８の誘電体部８ａを、誘電体のなかでもプラスチック等ではなくセラミックで構成している。

以上のように構成された高周波加熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、アンテナ駆動軸８の先端金属部１２以外を、セラミックで構成することにより、アンテナ駆動軸８が熱により変形したり溶けたりすることはない。またプラスチックよりも強度が高いので軸径を細くすることができる。そのため貫通孔１４の孔径をさらに小さく出来るので貫通孔１４からの電波だけでなく熱気が外へ漏れ出ることも抑制できる。

以上のように、本実施の形態においてはアンテナ駆動軸８の誘電体部８ａをセラミック
とすることにより、アンテナ駆動軸８が熱により変形したり溶けたりすることがないので、電熱ヒーター付きの高周波加熱装置でも適用することができる。さらに、プラスチックよりも強度が高いので軸径を細くすることができ、アンテナ駆動軸８と貫通孔１４の孔径をさらに小さく出来るので、貫通孔１４から熱気が外へ漏れ出ることも抑制でき、駆動モータ９の温度上昇や高周波加熱装置内の部品の温度上昇を抑えることができるとともに、加熱室２の断熱性能を向上し熱効率を向上することができる。

また、プラスチック等の高分子材料ではポリプロピレンやフッソ樹脂のような誘電損失の低い材料を選定する必要があったが、セラミックは耐熱温度が高いので材料選定の選択肢が増えて安価な材料を選択することができる。

（実施の形態３）
図２は、本発明の第３の実施の形態の高周波加熱装置の要部の断面図である。

図２において、アンテナ駆動軸８の誘電体部８ａの先端１５の直径ｄ１は、貫通孔１４への貫通部の直径Ｄより小さく、誘電体部の先端１５がアンテナ駆動軸８の先端金属部１２に設けた嵌合穴１２ａに嵌合するよう構成している。

以上のように構成された高周波加熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、アンテナ駆動軸８の誘電体部８ａの先端１５の直径ｄ１は、貫通孔１４への貫通部の直径Ｄより小さく、誘電体部８ａの先端１５がアンテナ駆動軸８の先端金属部１２に設けた嵌合穴に嵌合しているので、先端金属部１２とアンテナ駆動軸８の同軸度が向上する。ここで、誘電体部の先端１５は長いほうがアンテナ駆動軸８と先端金属部１２との同軸度が良くなる。

以上のように、本実施の形態においてはアンテナ駆動軸８の誘電体部８ａの先端１５の直径ｄ１は、貫通孔１４への貫通部の直径Ｄより小さく、誘電体部の先端１５がアンテナ駆動軸８の先端金属部１２に設けた嵌合穴に嵌合しているので、先端金属部１２とアンテナ駆動軸８の同軸度が向上し、アンテナ駆動軸８の先端金属部１２が傾いて回転アンテナ５が傾くことで電波放射性能が不均一になるのを防止することができる。

（実施の形態４）
図３は、本発明の第４の実施の形態の高周波加熱装置の要部の断面図である。

図３において、アンテナ駆動軸８の誘電体部８ａの先端１５の直径ｄ１と、アンテナ駆動軸８の先端金属部１２の嵌合穴の内径ｄ２との隙間ｄ２−ｄ１を０．２ｍｍ〜０．４ｍｍとし、その隙間に耐熱性無機接着剤１６を充填するよう構成している。

以上のように構成された高周波加熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、アンテナ駆動軸８の誘電体部８ａの先端１５の直径ｄ１と、アンテナ駆動軸８の先端金属部１２の嵌合穴の内径ｄ２との隙間ｄ２−ｄ１を０．２ｍｍ〜０．４ｍｍとし、その隙間に耐熱性無機接着剤１６を充填することにより、温度が高くなった場合でも接着力が強く嵌合力を保持できるので、電熱ヒーター付き高周波加熱装置やセルフクリーニング機能を持つ電熱ヒーター付き高周波加熱装置にも適用することができる。ちなみに、市販されている耐熱性無機接着剤の場合、セラミックと金属の接着力について１２００℃〜１３００℃の耐熱性が保証されているものがある。

（実施の形態５）
図４は、本発明の第５の実施の形態の高周波加熱装置の要部の断面図である。

図４において、アンテナ駆動軸８の先端金属部１２の直径は、貫通孔１４への貫通部の直径Ｄと同じ構成としている。

以上のように構成された高周波加熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、アンテナ駆動軸８の先端金属部１２の直径を、貫通孔１４への貫通部の直径Ｄと同じ直径にしているので、アンテナ駆動軸８の誘電体部８ａと先端金属部１２を耐熱性無機接着剤１６を充填して固着する際に、アンテナ駆動軸８の誘電体部８ａと先端金属部１２を円筒状の冶具（図示せず）で保持することにより、アンテナ駆動軸８の誘電体部８ａと先端金属部１２を円筒冶具の同一内面に沿って固定できる。

以上のように、本実施の形態においてはアンテナ駆動軸８の先端金属部１２の直径を、貫通孔１４への貫通部の直径Ｄと同じ直径にしているので、アンテナ駆動軸８の誘電体部と先端金属部１２を耐熱性無機接着剤１６を充填して固着する際に、アンテナ駆動軸８の誘電体部８ａと先端金属部１２を円筒状の冶具（図示せず）で保持することにより、アンテナ駆動軸８の誘電体部８ａと先端金属部１２を円筒冶具の同一内面に沿って固定できるので、同軸度が向上し回転アンテナ５が傾いたり、軸ブレして電波放射性能が不均一になるのを防止することができる。

（実施の形態６）
図５は、本発明の第６の実施の形態の高周波加熱装置の要部の断面図である。
図５において、アンテナ駆動軸８の先端金属部１２にオネジを切り、オネジに回転アンテナ５を嵌め込みナット１７で保持、固定するよう構成している。

以上のように構成された高周波加熱装置について、以下その動作、作用を説明する。
まず、アンテナ駆動軸８の先端金属部１２にオネジを切り、オネジに回転アンテナ５を嵌め込みナット１７で保持、固定しているので、アンテナ駆動軸８の先端金属部１２にメネジを切らなくても回転アンテナ５は保持、固定される。

以上のように、本実施の形態においてはアンテナ駆動軸８の先端金属部１２にオネジを切り、回転アンテナ５を通してナット１７で回転アンテナ５を保持、固定しているので、導波管の貫通孔１４からの漏洩電波を抑えるために導波管の貫通孔１４を小さくして、アンテナ駆動軸８の先端金属部１２の直径がメネジを切れないほど小さくなる場合でも、ナット１７と組み合わせることで回転アンテナを強固に接合することができる。

（実施の形態７）
図６は、本発明の第７の実施の形態の高周波加熱装置の要部の断面図である。

図６において、アンテナ駆動軸８の先端金属部１２は、回転アンテナ垂直成分７が導波管４内に突出している部分の端面Ｌと同一面か、または端面Ｌから引っ込める構成としている。

以上のように構成された高周波加熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、アンテナ駆動軸８の先端金属部１２は、回転アンテナ垂直成分７が導波管４内に突出している部分の端面Ｌと同一面か、または端面Ｌから引っ込めているので、先端金属部１２が導波管４内の電界に作用することは無い。すなわちアンテナ端面は高周波的に常に一定平面となる。

以上のように、本実施の形態においてはアンテナ駆動軸８の先端金属部１２は、回転アンテナ垂直成分７が導波管４内に突出している部分の端面Ｌと同一面か、または端面Ｌから引っ込めているので、先端金属部１２が導波管４内の電界に作用することは無い。すなわちアンテナ端面は高周波的に常に一定平面となるので、導波管４内のアンテナ寸法が安定して高周波発振器の動作点のバラツキが小さくなる。このため出力変換効率のバラツキを小さくすることができるので製品間での出力のバラツキにより加熱物の温度上昇に差異が生ずることを抑制できる。また、発振周波数も一定範囲内に維持できるので、異常周波数での発振がなくなり高周波発振器の寿命が伸びることにもなる。

以上のように、本発明にかかる高周波加熱装置は、回転アンテナの保持および取付け、分解作業を容易にし、構成を簡単、安価にすることができる。

本発明の実施の形態１および２における高周波加熱装置の要部の断面図 本発明の実施の形態３における高周波加熱装置の要部の断面図 本発明の実施の形態４における高周波加熱装置の要部の断面図 本発明の実施の形態５における高周波加熱装置の要部の断面図 本発明の実施の形態６における高周波加熱装置の要部の断面図 本発明の実施の形態７における高周波加熱装置の要部の断面図 従来の高周波加熱装置の高周波加熱装置の縦断面図

符号の説明

２ 加熱室
４ 導波管
５ 回転アンテナ
８ アンテナ駆動軸
８ａ 誘電体部
１２ 先端金属部
１２ａ 勘合孔
１３ ネジ
１４ 貫通孔
１６ 耐熱性無機接着剤

Claims (6)

1. 被加熱物を収容する加熱室と、前記加熱室へ高周波エネルギーを供給する高周波発振器と、前記高周波発振器で発振された高周波電磁波を前記加熱室へ伝送する導波管と、前記導波管と加熱室を高周波的に結合する回転アンテナと、前記回転アンテナに連結したアンテナ駆動軸と、前記導波管の外側に配置した駆動モータと、前記アンテナ駆動軸に連結する前記駆動モータの回転軸と、前記導波管に設けた貫通孔とを備え、
   前記アンテナ駆動軸は、先端を金属からなる先端金属部、その他の部分を誘電体からなる誘電体部で構成し、前記アンテナ駆動軸は前記貫通孔を通して前記導波管を貫通しその両端を前記導波管の外側に位置させ、前記アンテナ駆動軸の誘電体部と前記駆動モータの回転軸とを連結するとともに、前記アンテナ駆動軸の先端金属部にメネジを切り、前記回転アンテナを前記加熱室内で前記アンテナ駆動軸にネジにより接合し、
   かつ先端金属部は、回転アンテナが導波管内に突出している部分の端面と同一面か、または端面から引っ込む構成とした高周波加熱装置。
2. 誘電体部をセラミックとした請求項１に記載の高周波加熱装置。
3. 誘電体部の先端の直径は、貫通孔の直径より小さく、誘電体部の先端が先端金属部に設けた嵌合穴に嵌合する構成とした請求項１または２に記載の高周波加熱装置。
4. 誘電体部の先端と、先端金属部の嵌合穴の内径との隙間は０．２ｍｍ〜０．４ｍｍとし、その隙間に耐熱性無機接着剤を充填する構成とした請求項３に記載の高周波加熱装置。
5. 先端金属部の直径を、貫通孔の直径と同じとした請求項１から４のいずれか１項に記載の高周波加熱装置。
6. 先端金属部にオネジを切る構成とした請求項１から５のいずれか１項に記載の高周波加熱装置。
   

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