JP5414653B2 - 加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は加熱装置に関し、とりわけグリル、オーブン、ロースタなどの加熱庫において誘導電流式のヒータを熱源に用いた加熱装置に関する。

従来、ＩＨクッキングヒータ（Induction Heating：電磁誘導加熱式調理器）の多くは、焼き魚等の食材を調理するためのグリル、オーブン、ロースタ等と呼ばれる加熱庫を有する。加熱庫内には、シーズヒータやラジエントヒータ或いはセラミックヒータ等の電気抵抗式ヒータが設けられている。また、加熱庫内にヒータを有する加熱調理器としては、他にもオーブンレンジやオーブントースタ等が周知である。

このような電気抵抗式ヒータを用いた加熱調理器では、加熱庫内に電気抵抗式ヒータを有し、電気抵抗式ヒータの給電端子に接続された電源から電力を供給してヒータに電流を流し、電気抵抗式ヒータがジュール熱によって発熱することで、加熱庫内に配置された食材を加熱調理する。加熱庫内に配置された食材は、電気抵抗式ヒータによって加熱された加熱庫内の高温空気による対流、或いは高温の電気抵抗式ヒータからの輻射による伝熱によって加熱される。

しかしながら、このような電気抵抗式ヒータは加熱庫内に固定されており、給電端子に電源が接続されているため、ヒータを着脱することができなかった。そこで、加熱庫内のヒータを着脱可能にして利便性を高めようとした加熱調理器が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。

特許文献１に記載された加熱調理器は、加熱庫の側壁面に誘導コイルを有し、加熱庫に対して取り出し自在に構成された高熱伝導性のセラミックからなるオーブン皿に、薄いリボン状又は線状の発熱体であるヒータが埋め込まれており、オーブン皿の脚部にはヒータと直列接続された被誘導コイルが埋め込まれている。誘導コイルはオーブン皿の脚部に埋め込まれた被誘導コイルに電力を供給するものであって、加熱庫側壁の誘導コイルとオーブン皿の脚部に埋め込まれた被誘導コイルが対向して配置され、誘導コイルに高周波電力を供給すると、被誘導コイルに２０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの高周波電力が誘導される。被誘導コイルに高周波電力が誘導されるとヒータに高周波電流が流れて発熱し、オーブン皿を加熱する。誘導コイル及び被誘導コイルはＵ型フェライトコアの両脚部に２つのコイルを巻いて形成されている。フェライトコアはコイルの大きさや形状によっては必ずしも必要ではなく、特に高周波であれば小型のコイルを用いることができるので、誘導コイルと被誘導コイルのうちどちらか一方または両方とも単なる空芯コイルとすることもできる。

また、特許文献２に記載された加熱調理器は、取り出し自在に構成されたオーブン皿の外周部分を左右２ヶ所から誘導加熱するための加熱コイルを有する。オーブン皿は、少なくともその被加熱部分にホーロー（琺瑯）被膜を施した鉄板などの磁性体を有する。また加熱コイルは、裁縫ミシン等で用いられるボビンのように巻かれたコイルと、コイルの発生する磁束をオーブン皿に効率的に供給するコアとから構成されている。コアは例えばＵ字型であり、磁束はコアおよびオーブン皿の外周部分により閉磁路を形成し、高周波磁束が他の部分に漏れないようにしている。オーブン皿は、その下面側が磁性ステンレス等の磁性材料で構成され、その上面側がアルミまたは銅等の高熱伝導材料で構成されている。コイル及びコアで発生する磁束により磁性材料が誘導加熱され、この発生熱は、高熱伝導材料からなるオーブン皿全体に伝達される。

特開平６−４２７６１号公報（段落００３３〜００３６、第１図−第３図） 特開平６−１８０４４号公報（段落００２０、００２９〜００３６、第１図−第２図、第５図−第７図）

特許文献に記載された加熱調理器が有する問題点を以下に説明する。
特許文献１に記載された加熱調理器は、Ｕ字状フェライトコアに巻回された被誘導コイルと、これに電気的に接続されたリボン状または線状の発熱体とを高熱伝導性のセラミックからなるオーブン皿に埋め込む必要があり、製造工程が複雑となり、被誘導コイルが埋め込まれるオーブン皿の脚部が肥大化する。また、特許文献１には、高周波磁場で駆動することによりコイルを小型化すること、並びにコアを必要としない空芯コイルを用いることが記載されているものの、オーブン皿の脚部の肥大化は避けられず、製造工程の煩雑化も解消されない。さらにオーブン皿は、調理時において高温になるところ、とりわけ被誘導コイルを形成する導線の被覆部材には高い耐熱性が要求されるので、被誘導コイルの製造コストが嵩み、被誘導コイルの導線と発熱体との間の電気接続における信頼性を維持することは容易でない。

また、特許文献２に記載された加熱調理器は、鉄などの磁性材料で構成されたオーブン皿の外周部を、加熱庫の側面壁に配置された加熱コイルを用いて誘導加熱するものであるが、オーブン皿の中央部は外周部ほど高温にならず（温度のばらつきが大きく）、オーブン皿の中央上部に載置された食材を十分に加熱することができない。また、オーブン皿の中央部にも十分な熱を伝えるべく高熱伝導性材料の厚みをより大きくすると、オーブン皿が全体的に厚く重くなるので、加熱庫内の有効容積が小さくなり、重くて取扱が不便になるといった問題点がある。

したがって、本発明は、このような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構造で着脱可能なヒータを有する加熱調理器を提供し、とりわけヒータに電磁誘導により電力を供給するためのコイルでの電力損失を小さくしてコイルの冷却を容易にする加熱調理器を提供することにある。

本発明の加熱装置は、箱状の加熱庫と、加熱庫の外側に配置されたコイルと、コイルに高周波電流を供給する電源回路と、加熱庫の内部にコイルから生じる一の高周波磁束と１回鎖交する電気的に閉じた閉ループを構成するヒータとを備え、ヒータの近傍であって加熱庫の内部に導電性部材を配置する。

本発明の加熱装置によれば、簡単な構造で使い勝手を大幅に向上させることができる着脱可能なヒータを有する加熱装置を提供できる。また、電磁誘導により１ターン（巻数が１）の閉ループを構成するヒータに低電圧・大電流の高周波電力が印加され、この高周波電力が加熱庫の内部の導電部材を誘導加熱するので、コイル側から見た負荷抵抗を増大させてコイルでの電力損失を小さくした加熱装置を提供できる。

実施の形態１の加熱調理器の正面断面図である。 実施の形態１の加熱調理器の横断面図である。 実施の形態１のコイルユニットを背面側から見た斜視図である。 実施の形態１の加熱調理器の主要部を示す斜視図である。 実施の形態１のコイルユニットの断面図である。 実施の形態１の加熱調理器の等価回路図である。 加熱庫の壁が絶縁物の場合の抵抗とコイル損失を示す図である。 加熱庫の壁が鉄板の場合の抵抗とコイル損失を示す図である。 加熱庫の壁が異なる材質の場合の抵抗とコイル損失を示す図である。 特許文献１に記載された加熱調理器の原理図である。 実施の形態２に係る加熱調理器の他の形態のコイルユニットを示す断面図である。 実施の形態２に係る加熱調理器の他の形態のコイルユニットを示す断面図である。 実施の形態２に係る加熱調理器の他の形態のコイルユニットを示す断面図である。 実施の形態３の加熱調理器の横断面図である。 実施の形態３の加熱調理器の縦断面図である。 実施の形態３の加熱調理器の主要部を示す斜視図である。 実施の形態３の加熱調理器の横断面図である。 実施の形態４の加熱調理器の横断面図である。 実施の形態４の加熱調理器の横断面図である。 実施の形態５の加熱調理器の横断面図である。 実施の形態５の加熱調理器のヒータの断面図である。

以下、本発明の加熱装置を採用した加熱調理器の実施の形態について、添付図面に従って説明する。以下の各実施の形態では、主としてＩＨクッキングヒータの加熱庫に好適な加熱調理器の形態を説明するが、オーブンレンジやオーブントースタ等の他の形態を有する加熱調理器にも同様に採用できるほか、例えば工業用の焼成炉や乾燥炉等、工業用の加熱装置にも同様に採用できる。

なお、以下の説明では、方向や位置を表す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」等）を便宜上用いるが、これらは発明の理解を容易にするためであり、それらの用語によって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されるべきではない。また、以下の説明では、複数の実施の形態に含まれる同一又は類似の構成には同一の符号を付す。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る加熱調理器１の正面断面図である。また、図２は図１におけるＩ−Ｉ方向から見た加熱調理器１の横断面図である。実施の形態１に係る加熱調理器１は、鉄板やステンレス板或いは銅やアルミなどの金属板で形成された箱形の筐体（調理器本体）２を有する。筐体２の左側には加熱庫（オーブン加熱部）３が配置され、筐体２の右側には電源回路４が配置されている。

なお、ＩＨクッキングヒータの場合は図１で示す加熱調理器１の上部に鍋加熱のためのコイルや鍋を載置するトッププレートなどを有するが、本実施の形態では省略する。すなわち図１で示す加熱調理器１の上にコイルやトッププレートなどを配置した形態とすればＩＨクッキングヒータとして利用でき、図１に示すような加熱調理器１をＩＨクッキングヒータの加熱庫として利用できる。

加熱庫３は、筐体２の前面に開口した箱型形状を有し、鉄板（亜鉛めっき鋼板、炭素鋼板などの鋼板を含む）、磁性又は非磁性のステンレスなどの鋼板、銅やアルミ或いはそれらの合金などの非磁性金属板などで形成された上壁５ａ、下壁５ｂ、側壁５ｃ，５ｄ（これらを総称して加熱庫３の「壁部」５という）を備えている。

図１及び図２に示すように、壁部５は２枚の金属板で構成され、２枚の金属板の間に空間を設けて空間内の空気を断熱層として機能させてある。なお、壁部５の外側は、セラミックウール等の熱伝導率の低い断熱材（図示せず）で外装し、加熱庫３の内部の熱が外部に放熱されるのを抑制してもよい。なお、内側と外側の２枚の金属板との間に断熱材を充填してもよい。また、壁部５を１枚の金属板で形成し、その外側に熱伝導率の低い断熱材で外装して加熱庫３の内部の熱が外部に放熱されるのを抑制してもよい。

加熱庫３の前面には、耐熱ガラスや金属などの耐熱性の材料からなる前壁（扉）６が設けられており、前壁６は開閉自在で加熱庫３への食材６０の出し入れができるようになっている。具体的に説明すると、通常のオーブン加熱部と同様に、加熱庫３内の側壁５ｃ，５ｄに設けられた一対の引き出しレール１１と前壁６とが連結され、焼き網１２と脂受け皿１３を前壁６の開閉と連動させて出し入れできるようにしてある。なお、前壁６を開閉自在にするための機構は本発明とは直接関係なく、公知のＩＨクッキングヒータやオーブンレンジなど他の加熱調理器と同様の構造とすることができる。

加熱庫３の後部にはコイルユニット７を備えており、コイルユニット７はセラミックスなどの非磁性の絶縁物からなる耐熱性の耐熱基材８を有し、耐熱基材８が加熱庫３の後壁を形成している。すなわち、上壁５ａ、下壁５ｂ、側壁５ｃ，５ｄ、前壁６（扉）と耐熱基材８（後壁）により加熱庫３は概略直方体の箱型を形成している。

コイルユニット７について具体的に説明する。耐熱基材８は、上部と下部の中央部をコ字状に外側へ折り曲げて、加熱庫３内の水平方向に伸びる上部溝部１５、下部溝部１６を形成している。耐熱基材８の上部溝部１５、下部溝部１６を囲うように、断面略コ字状の上部断熱材１８と下部断熱材１９が配置され、上部断熱材１８と下部断熱材１９の外側にはそれぞれ、導線を平面状に巻いて形成したコイル２０が配置されている。コイル２０は、一部のコイル束分が上部断熱材１８の背後に配置され、別のコイル束分が下部断熱材１９の背後に配置されている。さらに、上部断熱材１８と下部断熱材１９の背後に位置するコイル束分と、上部溝部１５と下部溝部１６を囲うように、断面コ字状の上部磁性体２１と下部磁性体２２がそれぞれ配置されている。

耐熱基材８の上部溝部１５と下部溝部１６を囲う上部断熱材１８と下部断熱材１９は、加熱庫３内の熱がコイル２０に伝わり、コイル２０が高温になるのを防止する目的で設けられる。上部断熱材１８と下部断熱材１９の材質は、例えばセラミックウール材やガラスウール等で形成されている。また、上部断熱材１８と下部断熱材１９に代えて、これらの断熱材１８，１９が設けられる空隙を空気断熱層として構成してもよいし、その空隙に空気を流通させて断熱効果を高める構造としてもよい。更に、上部断熱材１８、下部断熱材１９とコイル２０との間に空隙を設け、その空隙に空気を流通させることもできる。

コイル２０は、例えば直径０．２ｍｍの銅線を樹脂等で被覆したものを複数本（例えば、９０本）撚り線にした所謂リッツ線を長円状又は矩形状に（例えば、１７回巻回）して形成される。コイル２０の導線の端部は、電源回路４に接続され、該電源回路４からコイル２０に例えば２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波電力が供給されるようにしてある。なお、電源回路４は、一般的なＩＨクッキングヒータ等で採用されている公知のＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子を用いたフルブリッジ回路やハーフブリッジ回路或いは一石共振型回路を用いることができるので、詳細な説明は省略する。

なお、上部磁性体２１と下部磁性体２２の材質は、一般的なＩＨクッキングヒータのトッププレートの下に配置された加熱コイルに用いられるフェライトコアと同じ材料を用いることができる。

図３及び図４に示すように、上部磁性体２１と下部磁性体２２はそれぞれ、加熱庫３の幅方向に所定の間隔をもって２個ずつ配置されている。このように上部磁性体２１と下部磁性体２２を配置すると、上部磁性体２１及び下部磁性体２２に覆われていない中央部の上下のコイル束分に、後述する空冷ファン２４からの冷却風を直接当てることができ、コイルユニット７を効果的に冷却できる。本実施の形態では、上部磁性体２１と下部磁性体２２を加熱庫３の幅方向に２個ずつ配置しているが、その個数は何ら制限されるものではない。例えば上部磁性体２１と下部磁性体２２を２個以上ずつ配置してもよいし、上部磁性体２１と下部磁性体２２を１個ずつ配置してもよい。

コイルユニット７の背後には、コイルユニット７全体を囲うように、断面略コ字状の防磁カバー２３が配置されている。防磁カバー２３の背面には、通風口（図示せず）を介して空冷ファン２４が取り付けられている。空冷ファン２４は防磁カバー２３内のコイル２０を冷却するものであり、通電時にコイル２０の温度が１８０℃以下（導線の被服材料の耐熱温度以下）に保持できるように設計されている。

防磁カバー２３は、例えば銅やアルミニウム等の非磁性で、且つ高導電率の板部材で形成され、コイルユニット７からの漏洩磁束で筐体２を誘導加熱することによる無駄な電力消費を抑制する目的で設けられる。具体的に、コイルユニット７からの漏洩磁束が防磁カバー２３に到達すると、電磁誘導によって防磁カバー２３には漏洩磁束を打ち消す方向に誘導電流が流れ、防磁カバー２３から外側に漏れる磁束を相殺できる。防磁カバー２３は高導電率の金属で形成されているので、漏洩磁束により発生する誘導電流がジュール熱として消費する電力は小さく、漏洩磁束が筐体２に到達して筐体２を誘導加熱するときの消費電力に比べ無駄な消費電力を抑制できる。なお、防磁カバー２３は、コイルユニット７を冷却するための風洞としても機能する。

加熱庫３の内側には、導電体からなる無端状の上部ヒータ（熱源）２５と下部ヒータ（熱源）２６が配置されており、該上部ヒータ２５、下部ヒータ２６の一部は耐熱基材８の上部溝部１５と下部溝部１６に収容されている。また、図２に示すように、上部ヒータ２５、下部ヒータ２６のその他の一部は側壁５ｃ，５ｄの内側で、且つ側壁５ｃ，５ｄの上段位置と下段位置に形成された棚部１４により支持されている。

上部ヒータ２５と下部ヒータ２６は、後述するコイル２０から生じる一の高周波磁束と１回鎖交する電気的に閉じた閉ループ（閉回路）を構成したものである。具体的に、上部ヒータ２５と下部ヒータ２６は例えば、ステンレス鋼、高ニッケル合金（例えば、ＪＩＳ規格でＮＣＦ６００やＮＣＦ８００など）の棒やパイプをループ状に形成して閉回路を構成するものであってよい。また、鉄、銅合金、アルミ合金など他の金属材料やグラファイトなどの炭素材料、或いは２種類以上の導電材料を組み合わせて作製してもよい。

なお、上部ヒータ２５と下部ヒータ２６は、棒のみ又はパイプのみで形成してもよいし、例えば棒とパイプとを溶接やロウ付けで接合したものであってもよい。また、上部ヒータ２５と下部ヒータ２６とは棒やパイプに代えて、例えば金属板を打ち抜き加工して無端状にしてもよいし、また例えば、金属板に複数の切り込み加工を施すことにより該金属板を無端状に形成することもできる。上部ヒータ２５、下部ヒータ２６の材質についても、ステンレス鋼、高ニッケル合金に代えて、鉄、銅合金、アルミニウム合金等の金属材料やグラファイト等の炭素材料、或いは２種類以上の導電体を組み合わせたものであってもよい。

上部ヒータ２５、下部ヒータ２６は、動作時における耐食性が優れていることが必要である。つまり、加熱調理器１での調理時、調理に用いている油分、醤油や塩分等が上部ヒータ２５又は下部ヒータ２６の表面に接触することがある。この時、ヒータ表面は約８００℃以上の高温であるため耐食性が劣る材料の場合、塩分等によってヒータ表面に溶融塩が生成し、ヒータの腐食が激しく進行してヒータ機能を喪失する虞がある。このため、耐食性が劣る材料をヒータに使用するときは、セラミックスやガラス等の耐熱・耐食材料で上部ヒータ２５と下部ヒータ２６の表面に保護コーティングを施すことや、酸化皮膜を形成するとよい。

棚部１４は、例えば側壁５ｃ，５ｄを製作する際、板金加工や溶接により側壁５ｃ，５ｄと一体的に形成してもよいし、棚部１４を金属やセラミックス等別の部材で形成した後、側壁５ｃ，５ｄに取り付けることもできる。

なお、上部ヒータ２５、下部ヒータ２６の表面には絶縁コーティングが施されておらず、各棚部１４と側壁５ｃ，５ｄが電気的に接続されている場合、上部ヒータ２５、下部ヒータ２６を流れる誘導電流が各棚部１４から側壁５ｃ，５ｄを伝わって流れる虞があるため、少なくとも上部ヒータ２５、下部ヒータ２６と、各棚部１４のいずれか一方に絶縁物をコーティングする必要がある。このような絶縁コーティング材は、加熱調理器１での調理時に上部ヒータ２５と下部ヒータ２６を油煙から保護する防汚コーティングを兼ねたものであってもよい。

なお、上部ヒータ２５、下部ヒータ２６の支持方法は上述した形態に限らず他の方法であってもよい。本実施の形態の加熱調理器１は、上部ヒータ２５、下部ヒータ２６の一部は耐熱基材８の上部溝部１５と下部溝部１６に収容され、該上部ヒータ２５、下部ヒータ２６のその他の一部は側壁５ｃ，５ｄの内側に形成された棚部１４により支持されている。また、上部ヒータ２５、下部ヒータ２６の表面又は棚部１４の少なくとも一方をセラミックス等の絶縁材でコーティングしている。このように、上部ヒータ２５、下部ヒータ２６は何ら電気的接点を有さず加熱庫３から着脱自在となるため、使用者は調理後に上部ヒータ２５、下部ヒータ２６を取り外して加熱庫３内部を容易に清掃できる。

図１に示すように、実施の形態１の加熱調理器１は加熱庫３の内部の有効スペースを大きくするため、上部ヒータ２５と下部ヒータ２６の側面から見た断面形状がそれぞれ異なっている。図示するように上部ヒータ２５は側面から見た断面形状において、上部溝部１５近傍から斜め上方に折り曲げられ、そこから更に上壁５ａと平行となるように折り曲げられている。一方、下部ヒータ２６は、側面から見た断面形状において折り曲がった部分を有しない。

具体的に、上部ヒータ２５と上壁５ａとの最接近距離が約１０ｍｍ以下に設定され、下部ヒータ２６と下壁５ｂとの距離が約３０ｍｍ以下に設定されている。このように、上部ヒータ２５と下部ヒータ２６の形状を異なるものとすることで、使用者が上部ヒータ２５、下部ヒータ２６を加熱庫３の内部に取り付ける際、取り付け場所の誤認を防止できる。

また、図４に示すように、上部ヒータ２５と下部ヒータ２６は加熱庫３の奥行き方向及び幅方向に複数回折り曲げられて１ターンの閉回路状に形成している。このようにヒータを加熱庫３の奥行き方向及び幅方向に複数回折り曲げることで加熱庫３内における所望の温度分布が得られる。上部ヒータ２５と下部ヒータ２６の折り曲げ回数や折り曲げ後の形状は加熱調理する食材によっても適宜に変更可能であり、その形状は図４で示した形状に限らず、１ターンの閉回路状に形成するものであれば任意の形状でよい。

加熱庫３の内部には、上部ヒータ２５と下部ヒータ２６の間に焼き網１２が配置され、下部ヒータ２６の下に脂受け皿１３が配置される。

また、図示しないが、加熱庫３の後方には、加熱庫３内で加熱調理する際、食材６０から発生した煙や蒸気或いは臭い等を外部に排出するための図示しない排気口が設けられている。

次に、実施の形態１の加熱調理器１の動作原理について説明する。図４は加熱調理器１の主要部を示す斜視図である。図４ではコイル２０と、上部磁性体２１及び下部磁性体２２と、上部ヒータ２５及び下部ヒータ２６と、電源回路４のみを示したが、他の部材が図１や図２に示すように構成されて加熱調理器１が実現される。また、図５はコイルユニット７と、耐熱基材８の上部溝部１５と下部溝部１６に収容された上部ヒータ２５及び下部ヒータ２６の断面と、コイル２０に高周波電流が流れたときに発生する磁束φ１、φ２、φ３の様子を示した図である。

図４に示すように、コイル２０に電源回路４から２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波電力が供給されると、コイル２０の導線には高周波電流が流れる。この高周波電流によってコイル２０の周囲に正逆反転する高周波の磁束（φ１、φ２、φ３）が発生するが、発生した磁束の大部分（φ１、φ２）は磁気抵抗が小さい上部磁性体２１と下部磁性体２２を通って上部ヒータ２５と下部ヒータ２６と鎖交する。上部ヒータ２５と下部ヒータ２６には電磁誘導により誘導電流が流れ、誘導電流の大きさの２乗と上部ヒータ２５と下部ヒータ２６の電気抵抗に比例したジュール熱が発生し、これにより上部ヒータ２５と下部ヒータ２６は発熱する。

電磁誘導によって上部ヒータ２５と下部ヒータ２６に誘導電流が流れる原理は変圧器と同じ原理であり、コイルの巻数をＮの１次巻線とすると、ヒータは巻数１（１ターン）の２次巻線と考えることができ、Ｎ：１の変圧器と同様に考えることができる。つまり、巻線比がＮ：１の変圧器と同じ原理である。このため、コイル２０側の電圧をＶ_１、電流をＩ_１としたとき、上部ヒータ２５と下部ヒータ２６側に発生する電圧Ｖ_２と電流Ｉ_２はそれぞれ、Ｖ_２＝Ｖ_１／Ｎ、Ｉ_２＝Ｉ_１・Ｎとなる。したがって、２次巻線に相当する上部ヒータ２５と下部ヒータ２６に低電圧・大電流の電力を印加できる。なお、厳密にはコイル２０と上部ヒータ２５と下部ヒータ２６との結合係数を考慮する必要があるが、説明を簡単にするため、ここでは理想変圧器として説明した。

ここで例えば、上部ヒータ２５、下部ヒータ２６をそれぞれ外形φ５ｍｍ、肉厚０．８ｍｍの非磁性ステンレスのＳＵＳ３１６のパイプで作製したとすると、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚでの表皮深さは肉厚の０．８ｍｍより大きいので表皮効果を考慮しなくてもよいため、各ヒータ２５，２６の電気抵抗は１ｍあたり約７０ｍΩである。仮にパイプの肉厚を０．４ｍｍとしても上部ヒータ２５、下部ヒータ２６の電気抵抗は１ｍあたり約１２０ｍΩである。各ヒータ２５，２６の全長が２ｍとすると、ヒータ全長の電気抵抗は、肉厚０．８ｍｍのパイプを用いた場合は約１４０ｍΩ、肉厚０．４ｍｍのパイプを用いた場合は約２４０ｍΩとなる。上部ヒータ２５、下部ヒータ２６に２ｋＷの電力を印加する場合、各ヒータ２５，２６の消費電力はそれぞれ約１ｋＷであるから、各ヒータ２５，２６の電気抵抗と消費電力からそれらに流れる誘導電流の大きさを計算すると、肉厚０．８ｍｍのパイプの場合で約８５Ａ、肉厚０．４ｍｍのパイプの場合で約６５Ａの高周波の大電流が上部ヒータ２５、下部ヒータ２６に流れていることになる。当然のことながら上部ヒータ２５と下部ヒータ２６に用いるパイプの肉厚をさらに薄くすればヒータの電気抵抗が大きくなり、ヒータに流れる誘導電流は小さくなるが、ヒータの強度が低下して形状を保持できなくなるので実用的ではない。

このように、上部ヒータ２５及び下部ヒータ２６に高周波の大電流が流れると、上部ヒータ２５及び下部ヒータ２６と壁部５との間に相互誘導が生じ、壁部５の内壁が誘導加熱される。このため、コイル２０側から見た負荷抵抗が増大し、コイル２０の抵抗の割合が低減するので、コイルの電力損失を小さくできる。なお、コイルの電力損失の低減効果の詳細な説明については後述する。

高周波電力が印加された上部ヒータ２５と下部ヒータ２６は約８００℃以上になり、ヒータからの輻射熱によって食材６０は輻射加熱される。また、上部ヒータ２５と下部ヒータ２６に流れる高周波の大電流によって壁部５の内壁が誘導加熱されて発生した熱は加熱庫３内の空気（雰囲気）を加熱する。そして、加熱庫３内部の加熱された高温の空気（雰囲気）は対流伝熱によって食材６０を間接的に加熱する。なお、加熱庫３内の熱は、壁部５が２枚の金属板の間に空間を設けた空気断熱層を有するので、外側に放散せず、加熱調理器１の加熱効率は低下しない。

このように、加熱庫３に収容された食材６０は、上部ヒータ２５及び下部ヒータ２６からの輻射熱及び加熱庫３内の高温空気により加熱されて調理される。加熱により食材６０から生じる脂は、脂受け皿１３で受けられる。

ここで、本実施の形態の加熱調理器１と特許文献１に記載された加熱調理器を比較する。特許文献１の加熱調理器はオーブン皿の脚部に埋め込まれた被誘導コイルとリボン状或いは線状のヒータが接続されている。被誘導コイルは導線を複数回巻いたものであるため大型化している。また、２次側である被誘導コイルの巻数が大きいので２次側に発生する電圧は大きくなり、リボン状や線状の電気抵抗が大きいヒータであっても電流を流すことができる。したがって、リボン状や線状のヒータの両端に印加される電圧は高いが、ヒータに流れる電流は小さくなる。しかし、本実施の形態の加熱調理器１では、原理的には同じ電磁誘導を利用したものであるが、上部ヒータ２５、下部ヒータ２６には特許文献１のような被誘導コイルは存在せず、極めて簡単な構造により着脱自在なヒータを実現している。

さらに、図５を参照して動作原理を詳しく説明する。コイル２０に高周波電流を流すと、磁気抵抗が小さい上部磁性体２１と下部磁性体２２を通ってコイル２０の周囲に高周波で正逆反転する磁束φ１、φ２、φ３が発生する。コ字状断面の上部磁性体２１、下部磁性体２２の凹部の幅はほぼ一定であるため、この凹部内の磁束密度はほぼ一定となる。

図示するように、磁束φ１は、耐熱基材８の上部溝部１５に収容されている上部ヒータ２５の断面と、下部溝部１６に収容されている下部ヒータ２６との断面を横切らずに上部ヒータ２５、下部ヒータ２６と鎖交する磁束である。この磁束φ１が上部ヒータ２５と下部ヒータ２６全体に誘導電流を流すのに最も有効に作用する。

磁束φ２は上部ヒータ２５、下部ヒータ２６の断面を横切って上部ヒータ２５、下部ヒータ２６と鎖交する磁束であって、上部ヒータ２５、下部ヒータ２６に誘導電流を流すのに有効に作用するが、磁束φ２が横切った上部ヒータ２５、下部ヒータ２６の断面に渦電流を生じ、この部分を誘導加熱する。

このため、上部ヒータ２５、下部ヒータ２６の中で耐熱基材８の上部溝部１５、下部溝部１６に収容された部分は、ヒータ全体を流れる誘導電流と磁束φ２によって発生する渦電流により加熱されるので、他の部分よりも高温になり易い。したがって、例えば上部ヒータ２５、下部ヒータ２６のうち、上部溝部１５と下部溝部１６に収容される部分を中実材で形成し、その他の部分をパイプで形成して、それらを溶接又はロウ付け等により接合して上部ヒータ２５と下部ヒータ２６を製作することが好ましい。このようにすれば、給電部（中実材）の電気抵抗をヒータ部（パイプ）の電気抵抗よりも小さくでき、給電部の温度上昇を抑制してヒータ部でより多くの熱を発生できる。

磁束φ３は、上部ヒータ２５、下部ヒータ２６と鎖交しない磁束である。この磁束φ３は単にコイル２０のインダクタンスに磁気エネルギーとして蓄える磁束であり、上部ヒータ２５と下部ヒータ２６全体には誘導電流を流すのに何ら作用しない。

本発明の加熱装置を採用した加熱調理器の原理的な等価回路は相互誘導回路で表すことができる。図６は図４に示すコイル２０と、上部磁性体２１及び下部磁性体２２と、上部ヒータ２５、下部ヒータ２６と電源回路４からなる加熱調理器１を示す等価回路である。なお、図６の等価回路では説明を簡単にするため上部ヒータ２５、下部ヒータ２６を一体とし、上部磁性体２１、下部磁性体２２も一体として示し、加熱庫３の壁部５など他の部材は無いものとして示した。図６において、Ｒｃはコイルの抵抗、Ｌｃはコイルのインダクタンス、Ｒｈはヒータの抵抗、Ｌｈはヒータのインダクタンス、Ｉｃはコイル電流、Ｉｈはヒータ電流、Ｍは相互インダクタンス、Ｅは電源電圧、ωは電源の角周波数である。この等価回路から、ヒータに流れる電流の実効値|Ｉｈ|、電源から見たインピーダンスＺ、この回路の消費電力Ｐを求めると以下のようになる。

ここで、Ｒａ，Ｌａを［数２］のようにおくと、［数１］の式（１）及び式（３）は以下のように式（２´）及び式（３´）になる。

コイルの消費電力は|Ic|²Rcであるから、コイルの損失Lossは、全消費電力Ｐのうちのコイルの消費電力の割合であるので、コイルの損失Lossは［数３］のようになる。［数３］の式（４）は、Ｒａが大きいとコイル損失Lossが小さくなることを示している。コイルの損失を小さくできると、加熱調理に利用されない無駄な電力が削減されるだけでなく、コイルを冷却する空冷ファンの能力を小さく（つまり、空冷ファンの小型化）できることや、電源回路やトッププレート用コイルの空冷ファンと共用できるという効果がある。

図７は、壁部５を非磁性の絶縁性セラミックスで形成して、耐熱基材８の上部溝部１５、下部溝部１６に上部ヒータ２５及び下部ヒータ２６を収容した状態でコイル２０の両端をインピーダンスアナライザに接続し、周波数を４０Ｈｚ〜１００ｋＨｚまで変化させたときの壁部５の抵抗Ｒａ（Ω）とコイル損失（％）の関係を示したグラフである。

被測定物の等価回路は図６で示したものと同じである。実験では、コイル２０と、上部磁性体２１及び下部磁性体２２と、上部ヒータ２５及び下部ヒータ２６以外に電磁気的作用をするものは存在しない状態で実施した。

インピーダンスは式（２´）、コイル損失は式（４）で表される。先ず、上部ヒータ２５及び下部ヒータ２６が無い状態でインピーダンスを測定すると、コイルの抵抗Ｒｃが得られる。次いで、耐熱基材８の上部溝部１５、下部溝部１６に上部ヒータ２５及び下部ヒータ２６を収容してインピーダンスを測定すると、Ｒｃ＋Ｒａ（コイルの抵抗とＲａの合計）が得られる。これら２つの値から、Ｒａとコイル損失Lossを計算することができる。なお、図中のコイル損失Lossは百分率で示した。最もコイル損失が小さい周波数２０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚでのコイル損失は約７．５％であった。

図８は、壁部５を磁性材料の鉄板で形成して、耐熱基材８の上部溝部１５、下部溝部１６に上部ヒータ２５及び下部ヒータ２６を収容した状態でコイル２０の両端をインピーダンスアナライザに接続し、周波数を４０Ｈｚ〜１００ｋＨｚまで変化させたときの壁部５の抵抗Ｒａ（Ω）とコイル損失（％）の関係を示したグラフである。

図示するように、コイルの抵抗Ｒｃは、コイル２０と、上部磁性体２１及び下部磁性体２２と、上部ヒータ２５及び下部ヒータ２６以外に電磁気的作用をするものは存在しないときの抵抗であるから、図７で示したコイルの抵抗Ｒｃと同一である。一方、Ｒａは図７と比較して大きくなっていることが解る。これは、上部ヒータ２５及び下部ヒータ２６と壁部５（上壁５ａ、下壁５ｂ及び側壁５ｃ，５ｄ）との相互誘導により、Ｒａが増加したためである。Ｒａが増加したため、最もコイル損失が小さい２５ｋＨｚ〜３５ｋＨｚでのコイル損失は約６％になっている。また、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの任意の周波数で図７と図８を比較しても、図８の場合の方がコイル損失は小さいことが解る。

ここで例えば、コイル２０の入力端子から２ｋＷの電力を印加して加熱調理器１を加熱する場合について考える。加熱庫３の壁部５が非磁性の絶縁物で構成されている場合、コイル損失が最も小さい周波数でのコイル損失は約７．５％であるから、約１５０Ｗの電力がコイル２０で消費されることになる。一方、加熱庫３の壁部５が鉄板で構成されている場合、コイル損失が最も小さい周波数でのコイル損失は約６％であるから、約１２０Ｗの電力がコイルで消費されることになり、その差は３０Ｗである。これは、コイルの冷却を考えた場合、１２０Ｗや１５０Ｗに対して３０Ｗであるから消費電力として無視できない値である。

コイル損失により発生した熱はコイル２０の温度上昇を招くため、通常、空冷ファンにより送風冷却が行われる。上述したように、空冷ファンは、コイル温度を銅線の被服材料の耐熱温度以下で動作させなければならず、例えば１８０℃以下に保たれるようにファンの容量が設計されている。コイル損失を３０Ｗ小さくできれば、空冷ファン２４の能力又は回転数を下げることや、空冷ファン２４から発生する駆動音を軽減することが可能となり、空冷ファン２４の消費電力の低減及び空冷ファン２４の長寿命化を実現できる。

また、コイル２０に直接送風する専用の空冷ファン２４を設けずに、電源回路４や例えばトッププレート用のコイルを冷却するための空冷ファンから分流した風によってコイル２０を冷却する場合であっても、コイル２０の冷却のために分流する風量を少なくすることができるので、より多くの風量を電源回路４やトッププレート用のコイルを冷却するために用いることができる。

すなわち、本実施の形態の加熱調理器１では、コイル２０の冷却が容易で、しかも、コイル２０を冷却するための冷却手段を簡素化できる。なお、コイル２０の冷却手段はここで述べたもの以外であっても冷却手段を簡素化できる効果が得られることは言うまでもない。

図９は、上壁５ａのみを非磁性の絶縁物で形成し、下壁５ｂ及び側壁５ｃ，５ｄを磁性材料の鉄板で形成した場合の、Ｒａとコイル損失Lossとの関係を示したグラフ（図中のＣ）である。本図には、比較のため図７と図８で得られたＲａとコイル損失Lossとの関係を示すデータを載せている。図中のＡは、壁部５が非磁性の絶縁性セラミックスで形成した場合のＲａとコイル損失Lossとの関係を示したデータ（図７）である。図中のＢは、壁部５が磁性材料の鉄板で形成した場合のＲａとコイル損失Lossとの関係をしたデータ（図８）である。

図において、ＡとＣとを比較すれば明らかなように、上壁５ａ以外の下壁５ｂ及び側壁５ｃ，５ｄが磁性材料の鉄板で形成した場合であっても、コイル損失Lossを小さくできることが解る。一方、図においてＢとＣを比較すると、上壁５ａのみが磁性材料の鉄板から非磁性の絶縁物に代えることで、コイル損失Lossの増加は２５ｋＨｚ〜３０ｋＨｚで約１ポイント大きくなっており、これはＡとＣとの差と同等である。すなわち、上壁５ａのみを磁性材料の鉄板としただけでもコイル損失Lossを大幅に低減できることを示唆している。

上壁５ａのみを磁性材料の鉄板としただけでもコイル損失Lossを大幅に低減できる理由について検討すると、実験に使用した加熱調理器１は、構成の説明で述べたように上部ヒータ２５と上壁５ａとの距離が約１０ｍｍ以下に設定され、下部ヒータ２６と下壁５ｂとの距離が約３０ｍｍ以下に設定されている。このため、上部ヒータ２５と上壁５ａとの間で生じる相互誘導が下部ヒータ２６と下壁５ｂとの間で生じる相互誘導よりも大きくなると考えられる。また、上部ヒータ２５及び下部ヒータ２６と側壁５ｃ，５ｄとの間の最接近距離は５ｍｍ以下であるが、ヒータ２５，２６は図４に示した構造であるため、極一部しか側壁５ｃ，５ｄと近くなく、ヒータ２５，２６と側壁５ｃ，５ｄとの相互誘導はあまり大きくないものと考えられる。なお、本実験では、脂受け皿１３（通常、鉄板等の金属で形成される）は加熱庫３内に設置していない。鉄板などの金属製の脂受け皿１３を用いる場合には下側ヒータ２６と脂受け皿１３との相互誘導が発生し、下側ヒータ２６と下壁５ｂとの相互誘導と同様の効果を奏する。

本実験では、加熱庫３の壁部５が誘導加熱されやすい磁性材料の鉄板で形成した場合について述べたが、壁部５を磁性ステンレスで形成した場合についても同様に、コイル損失を低減する効果が顕著であることは言うまでもない。また、壁部５を非磁性ステンレスで形成した場合であっても、非磁性ステンレスで形成された鍋がＩＨクッキングヒータで誘導加熱されることから明らかなようにコイル損失を低減できる。更に、銅やアルミ或いはそれらを主成分とする合金であっても、これらの非磁性、高導電率の金属材料も効率的ではないが、ＩＨクッキングヒータで誘導加熱されることから明らかなようにコイル損失を低減できる。このように、壁部５が少なくとも導電材料で形成されていればコイル損失を低減できる。そして、壁部５に用いる導電材料がコイル損失を低減するか否かということは、ここで述べたように、壁部５の全部或いは一部を非磁性の絶縁物で形成した場合（或いは壁部５が存在しない場合）と、導電材料で形成した場合とで、インピーダンスアナライザにより抵抗を測定してＲａ又はコイル損失Lossを求めることにより容易に判別できる。

ここで、本実施の形態の加熱調理器１と、特許文献１に記載された加熱調理器との差異を明確するため、特許文献１に記載された加熱調理器について検討する。特許文献１に記載された加熱調理器のヒータであっても、ヒータに２０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの高周波電流が誘導されるため、加熱庫の筐体が金属製の場合、相互誘導が生じてコイル損失を低減する効果があるのではないかとも考えられる。しかし、特許文献１に記載された加熱調理器のヒータは、薄いリボン状又は線状のヒータであって、先に述べたようにヒータの電気抵抗が大きく、流れる電流は小さい。このようなヒータでは、仮にヒータと金属製の加熱庫筐体との間で相互誘導があったとしても、加熱庫筐体の壁部の電気抵抗はヒータの電気抵抗に比べ無視できるほどに小さいからその効果は極めて小さく、コイル損失を低減する効果はほとんど皆無である。そして、特許文献１に記載された加熱調理器において、加熱庫の筐体が金属製の場合であっても、コイル損失を低減する効果がないことを調べるには、上述の実験と同様に、特許文献１の誘導コイルと被誘導コイルを対向させて配置したときの、誘導コイルの両端からインピーダンスアナライザによって抵抗を測定してＲａやコイル損失Lossを求め、これらを加熱庫の筐体が金属の場合と非磁性絶縁物の場合で比較すればよい。

図１０は特許文献１に記載された加熱調理器の原理図である。図１０ではコイルの様子を分かりやすくするために特許文献１の表記とは異なり、コイルを巻線で示した。誘導コイル（導線を複数回巻いて形成）５０によって発生する磁束φ５１は、磁性体５２を通り、導線を複数回巻いて形成した被誘導コイル５３と鎖交する。このとき、被誘導コイル５３に電磁誘導で発生した電圧により、ヒータ５４に誘導電流が流れて該ヒータ５４が発熱する。

ここで、被誘導コイル５３の巻数をＮとすると被誘導コイル５３はＮターン（巻数がＮ）のコイルであると定義できる。被誘導コイル５３は巻数が大きいので、被誘導コイル５３の両端に高い電圧が発生し、ヒータ５４の電気抵抗が大きくてもヒータ５４の消費電力を十分に大きくして調理に必要な熱量を得る。

図示するように、誘導コイル５０によって発生する一の磁束φ５１は被誘導コイル５３とＮ回鎖交している。図１０では磁束を２本示しているが、マクスウェル方程式により磁束φ５１は連続であることが要求されるから、２本の磁束φ５１は合成されたり分離されたりすることなく、それぞれが単一のループを構成する。つまり、図１０のように２本の磁束φ５１を考えた場合であっても、２本のうちの任意の１本の磁束、すなわち誘導コイル５０によって発生する一の磁束は、Ｎターンの被誘導コイル５３とＮ回鎖交する。

これに対し、本実施の形態の加熱調理器１は、図５に示したコイル２０によって発生する一の磁束は上部ヒータ２５又は下部ヒータ２６と１回鎖交するだけである。これは、上部ヒータ２５、下部ヒータ２６が１ターンの閉ループを構成しているためであり、一の磁束と１回しか鎖交しないということは、ヒータ２５，２６が１ターン（巻数が１）であるということと同義である。なお、コイル２０によって発生する磁束と何ら電磁気的作用をしない部分でヒータ２５，２６が複数ターンになる構造を有していても、これが電磁誘導に何ら影響を与えることはないので、本発明の趣旨からして無視して扱ってよいことは言うまでもない。

電磁誘導により上部ヒータ２５又は下部ヒータ２６に誘起される電圧は低くなるので、ヒータの抵抗が大きいときにはヒータに大きな電流を十分に流すことができず加熱調理に必要な熱量が得られない。すなわち、本実施の形態の加熱調理器１のようにコイル２０によって発生する一の磁束と１回しか鎖交しないヒータ２５，２６では、既に述べたようにヒータ２５，２６の電気抵抗は一般的なヒータと比較してかなり小さく、必要な熱量を得るために大電流が流れる。これにより、金属で形成された壁部５が誘導加熱されるため、コイル損失Lossを低減できる。

なお、ヒータ２５，２６の形状を工夫し、コイルによって発生する一の磁束と２回鎖交するようにしても、電流値は小さくなるものの、ヒータ２５，２６にはやはり高周波の大電流が流れて本実施の形態の加熱調理器１と同様にコイル損失Lossを低減できる。しかし、この場合、ヒータの構造が複雑になるため製造コストが高くなり、取扱いも不便になることを考慮する必要がある。

すなわち、本発明は、コイル２０によって発生する一の磁束と１回鎖交する１ターンの電気的な閉ループ（閉回路）で構成されたヒータを用いた加熱調理器に最適である。

以上に述べたように、本発明の加熱装置を採用した加熱調理器においては上部ヒータ２５、下部ヒータ２６に流れる高周波の大電流により、鉄板などの金属で形成された加熱庫３の壁部５が誘導加熱される。図１、図２に示すように、加熱庫３の壁部５は、内側金属板と外側金属板との間に空気層などの断熱層を有する２枚の金属板で構成されている。或いは、壁部５が１枚の金属板で形成される場合であっても、壁部５の加熱庫３の外側にはセラミックウールなどの断熱材が外装されている。

壁部５が２枚の金属板で形成されている場合には、上部ヒータ２５、下部ヒータ２６に近い加熱庫３の内側に配置された金属板が、上部ヒータ２５、下部ヒータ２６に流れる高周波の大電流によって誘導加熱される。したがって、壁部５が誘導加熱されて発熱しても、その熱は加熱庫３の外部には放出されず、加熱庫３の内部の空気を加熱するのに利用されるため、加熱調理器１の加熱効率は低下しない。

厳密に言えば、通常加熱中の加熱庫３の壁部５の温度は、加熱庫３の内部の空気の温度より低くなっており、加熱庫３の壁部５は加熱庫３の内部の高温の空気から熱流入がある。加熱庫３の壁部５が誘導加熱されない場合には、加熱庫３の内部からの高温空気からの熱流入が増加するが、加熱庫３の壁部５が誘導加熱される場合には、壁部５には電力エネルギーとしての流入により壁部５の温度が上昇するため、加熱庫３の内部の高温空気からの熱流入が減少する。壁部５の熱は断熱層や断熱材の熱抵抗を通じて加熱庫３の外部に放熱されるため、加熱庫３の壁部５からの熱流出は断熱層や断熱材の熱抵抗によって決まり、壁部５が導電性部材で誘導加熱される場合であっても、また、壁部５がセラミックス等で誘導加熱されない場合であっても、加熱庫３の熱効率は同じになる。

このように、本実施の形態の加熱調理器１は、コイル２０によって発生する一の磁束と１回鎖交する１ターンの電気的な閉ループ（閉回路）で構成されたヒータ２５，２６に流れる高周波の大電流により、金属で形成された加熱庫３の上壁５ａ、下壁５ｂ及び側壁５ｃ，５ｄを誘導加熱するので、加熱調理器１の加熱効率が低下することなく、コイル２０の損失を低減できる。なお、本実施の形態では、加熱庫３の上壁５ａ、下壁５ｂ及び側壁５ｃ，５ｄを金属で形成したが、加熱庫３を構成する少なくとも１つの壁の一部が金属（導電性部材）で形成されていればよい。

実施の形態２．
実施の形態１では、コイル導線を平板状に巻回し、一部のコイル束分と別のコイル束分を上部断熱材と下部断熱材の背後に配置し、上部断熱材と下部断熱材とコイル束分を囲うように断面コ状の上部磁性体、下部磁性体を配置してコイルユニットを形成したが、実施の形態２では、断面コ字状の上部磁性体と下部磁性体のそれぞれの外周部にコイル導線を螺旋状に巻回してコイルユニットを形成したものである。コイルによって発生する一の磁束が１ターンのヒータと１回鎖交する構造であれば、ヒータには高周波の大電流が流れ、実施の形態１と同様にヒータ近傍の導電性部材を誘導加熱するため、実施の形態１に示したのと同様の効果が得られる。

実施の形態２の加熱調理器１におけるコイルユニットについて、図１１〜図１３を参照して説明する。図１１は、実施の形態１とは形状が異なる加熱調理器１のコイルユニット７０を示す断面図である。図は実施の形態１に示した図５に対応しており、加熱調理器１のその他の部材は実施の形態１に示したとおりである。図示するように、コイルユニット７０は実施の形態１のコイルユニット７と同様に、耐熱基材８の上部溝部１５と下部溝部１６の背後に配置されている。図では、ヒータ２５，２６と、これに鎖交する磁束φ１０の様子も示している。

実施の形態２のコイルユニット７０について具体的に説明すると、耐熱基材８の上部溝部１５と下部溝部１６の外側を所定の空隙をもって囲うように、断面コ字状の上部磁性体２１０と下部磁性体２２０が配置され、上部磁性体２１０と下部磁性体２２０の外周部にコイル導線２００が螺旋状に巻回されてコイル２０１，２０２を形成している。このように、実施の形態２のコイル２０１，２０２は、実施の形態１とは異なり、上部磁性体２１０と下部磁性体２２０のそれぞれ１個ずつ配置される。ヒータ２５，２６は、実施の形態１に述べたように金属などの導電体で形成され、閉回路を構成する１ターンのループ状の構造を有する。

図示するように、耐熱基材８の上部溝部１５と下部溝部１６に上部ヒータ２５と下部ヒータ２６の一部が収容され（この時、ヒータ２５，２６の他の一部は加熱庫３の左右の側壁５ｃ，５ｄに形成された棚部１４により支持されている。）、図示しない電源回路からコイルユニット７０に高周波電力が供給されると、コイル２０１，２０２の内側には、高周波磁束φ１０が発生し、発生した磁束φ１０が磁気抵抗の低い上部磁性体２１０と下部磁性体２２０を通過して上部ヒータ２５、下部ヒータ２６と鎖交する。

図において磁束φ１０を２本示しているが、２本の磁束φ１０とも上部ヒータ２５、下部ヒータ２６と１回だけ鎖交している。このように、実施の形態２の加熱調理器１におけるコイルユニット７０においても、実施の形態１の加熱調理器１におけるコイルユニット７と同様に、コイル２０１，２０２によって発生する一の磁束が上部ヒータ２５、下部ヒータ２６と１回だけ鎖交する。

これにより、上部ヒータ２５、下部ヒータ２６には高周波の大電流が誘導され、実施の形態１で述べたように加熱庫３の壁部５（上壁５ａ、下壁５ｂ及び側壁５ｃ，５ｄ）を誘導加熱するのでコイル２０１，２０２の損失を低減できる。

図１１に示したコイル２０１，２０２の場合、上部ヒータ２５、下部ヒータ２６を横切って鎖交する磁束（実施の形態１で示した磁束φ２）は、極僅かの漏洩磁束程度しか発生しないので、上部ヒータ２５と下部ヒータ２６における耐熱基材８の上部溝部１５と下部溝部１６に収容されている部分が誘導加熱により加熱されて高温になるのを抑制できる。

なお、上部磁性体２１０と下部磁性体２２０はコ字状の断面形状に限るものではなく、図１２に示したように、先端部を内側に折り曲げたＣ状の断面形状を有するものであってもよい。先端部を内側に折り曲げたＣ状の上部磁性体２１０、下部磁性体２２０とすることで、先端部を内側に折り曲げた部分の磁気抵抗が小さくなり、より多くの磁束が上部ヒータ２５、下部ヒータ２６と鎖交し、上部ヒータ２５、下部ヒータ２６に印加される高周波電力を増大できる。なお、多くの磁束が上部ヒータ２５、下部ヒータ２６と鎖交しても、各磁束は上部ヒータ２５、下部ヒータ２６と１回しか鎖交しないことに変わりはない。

更に、コイル２０１，２０２から発生する一の磁束が上部ヒータ２５、下部ヒータ２６と１回鎖交することができれば、図１３に示すように、磁性体を用いず、空芯（コアレス）のコイル２０１，２０２を用いることも可能である。このような形態であっても、上部ヒータ２５、下部ヒータ２６に高周波の大電流が誘導され、実施の形態１と同様に、加熱庫３の壁部５（上壁５ａ、下壁５ｂ及び側壁５ｃ，５ｄ）を誘導加熱するのでコイル２０１，２０２の損失を低減できる。

このように、コイルから発生する一の磁束が上部ヒータ２５、下部ヒータ２６と１回鎖交するものであれば、どのような構造の加熱調理器であっても本発明の効果を得ることができる。

実施の形態３．
実施の形態１及び実施の形態２では、ヒータに誘導される高周波の大電流により、導電性の加熱庫の壁部（上壁、下壁及び側壁）が誘導加熱される場合について説明したが、実施の形態３では、加熱庫の内部に配置された導電性部材を誘導加熱するものである。以下、実施の形態３に係る加熱調理器１について、図１４〜図１７を参照して説明する。

図１４は実施の形態３に示す加熱調理器１の横断面図、図１５は正面断面図である。図１４、図１５の加熱調理器１は図１で示した加熱調理器１とほぼ同一であるが、下側ヒータが異なり、脂受け皿と焼き網が無く、代わりに金属製のオーブン皿３０が下側ヒータ２６０の上部にある点で異なる。図１４及び図１５に示すように、実施の形態３に係る加熱調理器１の側壁５ｃ，５ｄの上段位置と下段位置には、上部ヒータ２５と下部ヒータ２６０とを下方から支持する棚部１４が加熱庫３の内側へ水平方向に突設して形成されている。更に、下部ヒータ２６０を支持する棚部１４の上方には、オーブン皿３０を着脱自在に下方から支持するガイド１４０が加熱庫３の奥行き方向に伸びるように形成されている。

図示するように、下部ヒータ２６０は側面から見た断面形状において、耐熱基材８の下部溝部１６近傍から斜め下方に折り曲げられ、そこから更に下壁５ｂと平行となるように折り曲げられている。具体的には、下部ヒータ２６０に高周波電流が誘導され、オーブン皿３０が効果的に誘導加熱される距離となるよう、下部ヒータ２６０がオーブン皿３０の底部に対して所定距離をもって設置してある。これにより、加熱庫３の内部の空間を広く使用できるとともに、より大きな食材６０を調理できる。

また、下部ヒータ２６０は図１６に示すように、加熱庫３の奥行き方向及び幅方向に複数回折り曲げられて１ターンの閉ループ（閉回路）を構成している。このように下部ヒータ２６０を加熱庫３の奥行き方向及び幅方向に複数回折り曲げることでオーブン皿３０の温度分布が均一になる。下部ヒータ２６０の折り曲げ回数や折り曲げ後の形状は加熱調理する食材によっても適宜に変更可能であり、その形状は図１６で示した形状に限らず、１ターンの閉ループ（閉回路）を構成するものであれば任意の形状でよい。

下部ヒータ２６０は、実施の形態１で述べたようにステンレスのパイプで形成してもよいが、銅や銅合金、又はアルミやアルミ合金等の電気抵抗が小さい金属の棒やパイプ、板等で形成してもよい。下部ヒータ２６０を電気抵抗が小さい金属で形成する場合、強度補強や腐食防止のため、下部ヒータ２６０の外周を非磁性ステンレスや高ニッケル合金等の非磁性金属で覆ったり、セラミックス等のコーティングを施したりしてもよい。

オーブン皿３０は、鉄板や磁性ステンレスなどの磁性金属からなり、ちょうどＩＨクッキングヒータのトッププレートで調理に使用されるフライパンと同様の構造であり、取手の無い矩形状のフライパンと同様の構造を有するものと考えてよい。なお、オーブン皿３０は、その底部を磁性金属で形成し、上部をアルミ等の熱伝導性のよい非磁性金属で形成したものであってもよいし、非磁性金属のみで形成することも可能である。オーブン皿３０を非磁性金属で形成する場合、体積抵抗率が大きい非磁性ステンレス等が好適である。更に、金属でなくても炭素などの導電材料でもオーブン皿３０を形成できる。

オーブン皿３０の上にはハンバーグ等の食材６０が載せられる。このため、オーブン皿３０の上面（食材６０を載せる側）はテフロン加工やフッ素加工等の防汚加工を行うことが好適である。また、オーブン皿３０と下部ヒータ２６０の少なくともいずれか一方に絶縁物のコーティングを施し、オーブン皿３０と下部ヒータ２６０が電気的に絶縁されるようにすれば、オーブン皿３０を直接下部ヒータ２６０上に載置できる。また、図１５に示すようにガイド１４０にオーブン皿３０を載せて下側ヒータ２６０と間隔があくようにしてもよい。

次に、実施の形態３に係る加熱調理器１の動作を説明する。この動作説明では、上部ヒータ２５に関する動作は実施の形態１で説明しているので、下部ヒータ２６０の動作のみ説明する。図１６に示すように、電源回路４からコイル２０に２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波電流が供給されると、電磁誘導により下部ヒータ２６０に高周波の大電流（ヒータ電流）が誘導される。このヒータ電流は下部ヒータ２６０の周囲に高周波磁束を発生する。このヒータ電流により発生した高周波磁束がオーブン皿３０に到達すると、オーブン皿３０に渦電流が発生し、オーブン皿３０は渦電流によるジュール熱で一様に加熱される。つまり、下部ヒータ２６０に流れるヒータ電流によってオーブン皿３０は誘導加熱される。

加熱庫３の下壁５ｂが金属で形成されている場合、下部ヒータ２６０のヒータ電流によって下壁５ｂも誘導加熱されるが、図１４に示したように下部ヒータ２６０とオーブン皿３０の底部との距離が近接している場合には、オーブン皿３０の方がより一層誘導加熱される。実施の形態１で述べたように、下壁５ｂが誘導加熱されても加熱庫３の内部の空気（雰囲気）を加熱するのに作用するので熱損失にはならない。

このように、オーブン皿３０は、下部ヒータ２６０の発熱によって加熱された加熱庫３内部の高温空気からの対流伝熱と、下部ヒータ２６０からの輻射伝熱による加熱に加え、誘導加熱されたオーブン皿３０自身の発熱により所定温度に昇温する。その結果、オーブン皿３０の上に載せられた食材６０は効率良く加熱調理される。なお、当然ながら上部ヒータ２５の発熱によっても食材６０は加熱される。

また、例えば下部ヒータ２６０を電気抵抗が小さい金属で形成した場合、より大きなヒータ電流が流れるため、オーブン皿３０がより一層誘導加熱される。このような場合には、下部ヒータ２６０に印加された電力のうちの大部分がオーブン皿３０や下壁５ｂなど、下部ヒータ７の周囲に配置された導電性部材（金属部材）によって消費される。下部ヒータ２６０も自身の電気抵抗によるジュール熱で発熱するがその割合は小さくなる。しかし、下部ヒータ２６０自身の発熱によって発生した熱も加熱庫３の内部の空気（雰囲気）やオーブン皿３０の加熱に作用するので損失にはならない。

このように、実施の形態３の加熱調理器１では、下部ヒータ２６０に流れるヒータ電流を利用してオーブン皿３０上の食材６０をフライパン調理するとともに、上部ヒータ２５からの輻射熱により食材６０の表面に焦げ目を付けることができる。上部ヒータ２５と下部ヒータ２６０は着脱自在であるため、調理の目的に応じて例えば、実施の形態１に示した下部ヒータ２６を用いることも可能である。この場合、図１５に示すように目的に応じて適切な場所にヒータやオーブン皿などを配置できるように複数の棚部１４を加熱庫３に備えておくと便利である。

図１４、図１５に示した実施の形態３では、下部ヒータ２６０に流れる高周波のヒータ電流によりオーブン皿３０を誘導加熱したが、オーブン皿３０に代えてオーブン容器を誘導加熱してもよい。図１７は他の形態の加熱調理器１を示す横断面図である。図１７に示すように、オーブン容器３１は箱型の形状を有し、内部に食材を収容する容器本体３１ａと容器本体３１ａに対して取り外し可能な上蓋３１ｂとを有する。容器本体３１ａと上蓋３１ｂは鉄板等の磁性金属で形成されている。オーブン容器３１は内部に食材の出し入れが自由にできるようになっている。

図示するように、上部ヒータ２５と下部ヒータ２６０は図１４、図１５で示した加熱調理器１と同一のヒータが用いられる。このような形態の加熱調理器１においても、上部ヒータ２５と下部ヒータ２６０に流れる高周波のヒータ電流によりオーブン容器３１が誘導加熱され、誘導加熱されたオーブン容器３１自身の発熱により内部の食材６０が効率良く加熱調理される。なお、図１７に示した加熱調理器１も図１４、図１５に示した加熱調理器１と同様に、上部ヒータ２５及び下部ヒータ２６０とオーブン容器３１の両方を電気抵抗の小さい銅や銅合金又はアルミやアルミ合金等の導電性材料で形成してもよい。また、ヒータ２５，２６０の表面に強度補強や腐食防止のために加工を施してもよいことは図１４および図１５に示した加熱調理器１と同様である。

このように、実施の形態３で示した加熱調理器１であっても、上部ヒータ２５と下部ヒータ２６０に流れる高周波の大電流がオーブン皿３０やオーブン容器３１を誘導加熱するので、実施の形態１に示した加熱調理器１と同様にコイル損失を低減できる。オーブン皿３０とオーブン容器３１を使い分けることによって様々な調理に対応できる加熱調理器１を得ることができる。当然のことながら、オーブン皿３０とオーブン容器３１のいずれも用いず、実施の形態１の図１に示すように焼き網１２と脂受け皿１３を用いた加熱調理器１として使用することもできる。

実施の形態４．
実施の形態３では、上部ヒータと下部ヒータに流れる高周波の大電流により加熱庫内に配置された別体のオーブン皿やオーブン容器を誘導加熱したが、実施の形態４では、上部ヒータ、下部ヒータをオーブン皿やオーブン容器内部に収容し、それらを誘導加熱するものである。

図１８は本実施の形態４の加熱調理器１を示す横断面図である。図１８に示すように、実施の形態４の加熱調理器１は、下部ヒータ２６１がオーブン皿３００に収容されている。具体的に説明すると、下部ヒータ２６１は側面から見た断面形状において、耐熱基材８の下部溝部１６近傍から斜め下方に折り曲げられ、そこから更に下壁５ｂと平行となるように折り曲げられている。図示するように、下部ヒータ２６１における下壁５ｂと平行に形成されている部分は平板状に形成されている。オーブン皿３００は、外郭の内部に空間を有する薄い箱型状（内部空間を有した板状）に形成されている。そして、下部ヒータ２６１の平板状に形成された部分がオーブン皿３００の内部空間に収容されている。

オーブン皿３００の下部ヒータ２６１を収容する内部空間には、例えばセラミックス等の耐熱性絶縁部材が充填され、下部ヒータ２６１とオーブン皿３００の外郭との絶縁が確保されている。下側ヒータ２６１は１ターンの閉回路を構成するステンレスや銅或いはアルミなどの金属で形成されている。下側ヒータ２６１は全て金属板や金属棒、金属パイプなど任意の形態で作製してもよい。オーブン皿３００の材質は、非磁性金属でもよいが、通電の際、下部ヒータ２６１の周囲に発生する高周波磁束がオーブン皿３００の外側に漏洩することを防ぎ、オーブン皿３００を加熱するための電力が効率的に消費されるため、鉄等の強磁性金属が好ましい。なお、下側ヒータ２６１とオーブン皿３００以外は実施の形態３に示した図１４と同一であるので説明を省略する。

このように構成された加熱調理器１において、図示しない電源回路からコイル２０に２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波電流が供給されると、下部ヒータ２６１に高周波の大電流（ヒータ電流）が誘導される（上部ヒータ２５に関する動作は省略。）。このヒータ電流は下部ヒータ２６１の周囲に高周波磁束を発生する。この下部ヒータ２６１に流れる高周波の大電流によってオーブン皿３００の外郭は誘導加熱され発熱するので、オーブン皿３００の上に載せた食材６０が加熱調理される。下部ヒータ２６１も自身の電気抵抗によって発生するジュール熱により発熱するが、この熱もオーブン皿３００を加熱するのに役立つ。下部ヒータ２６１は強磁性金属のオーブン皿３００に収容されているため、オーブン皿３００の外側に高周波磁束が漏洩せず、オーブン皿３００を加熱するための電力が効率的に消費される（つまり、上壁５ａ、下壁５ｂ及び側壁５ｃ，５ｄが誘導加熱されるのを防いでいる。）。加熱庫３の壁部５が誘導加熱されても、その熱は加熱庫３の内部の空気（雰囲気）を加熱し、間接的にオーブン皿３００や食材６０を加熱するが、オーブン皿３００の外部に磁束が漏れるのを抑制した方が、より効率的にオーブン皿３００を加熱するための電力が消費されるので効率良く加熱調理が行われる。

図１８に示した実施の形態４では、オーブン皿３００に下部ヒータ２６１を収容した加熱調理器１を説明したが、図１９に示すように、オーブン容器３１０に上部ヒータ２５１と下部ヒータ２６１とを収容した加熱調理器１であってもよい。具体的に説明すると、上部ヒータ２５１は側面から見た断面形状において、耐熱基材８の上部溝部１５近傍から斜め上方に折り曲げられ、そこから更に上壁５ａと平行となるように折り曲げられている。図示するように、上部ヒータ２５１における上壁５ａと平行に形成されている部分は平板状に形成されている。下部ヒータ２６１は、図１８に示した加熱調理器１と同一形状である。

オーブン容器３１０は箱型の形状を有し、内部に食材６０を収容する容器本体３１０ａと容器本体３１０ａに対して取り外し可能な上蓋３１０ｂとを有する。容器本体３１０ａの底板３１１の上側には、食材６０を戴置する戴置板３１２が所定の空隙を介して配置されている。また、上蓋３１０ｂの天板３１３の下側には、内板３１４が所定の空隙を介して配置されている。オーブン容器３１０は図１８で示したオーブン皿３００と同様に鉄板等の強磁性金属で形成されている。

図示するように、上部ヒータ２５１の平板状に形成されている部分が上蓋３１０ｂの天板３１３と内板３１４との空隙内に収容され、下部ヒータ２６１の平板状に形成されている部分が容器本体３１０ａの底板３１１と戴置板３１２との空隙内に収容されている。容器本体３１０ａの下部ヒータ２６１を収容する空隙内と、上蓋３１０ｂの上部ヒータ２５１を収容する空隙内には、例えばセラミックス等の耐熱性絶縁部材が充填され、上部ヒータ２５１、下部ヒータ２６１とオーブン容器３１０との絶縁が確保されている。

このように、実施の形態４で示した加熱調理器１であっても、下部ヒータ２６１、又は上部ヒータ２５１と下部ヒータ２６１に流れる高周波の大電流がオーブン皿３００やオーブン容器３１０を誘導加熱するので、実施の形態１に示した加熱調理器１と同様にコイル損失を低減できる。また、オーブン皿３００、オーブン容器３１０に下部ヒータ２６１、上部ヒータ２５１と下部ヒータ２６１を収容して一体化したので、使用者が取扱う部品数が減少するので取扱いが容易になるという効果を有する。

実施の形態５．
実施の形態５の加熱調理器１は、上部ヒータ２５２と下部ヒータ２６２に特徴を有する。図２０に示すように、上部ヒータ２５２における上壁５ａと平行に形成されている加熱領域４０の外周部と、下部ヒータ２６２における加熱領域４１（焼き網１２の下方）の外周部には、２層構造の膜が形成されている。具体的に説明すると、図２１に示すように、上部ヒータ２５２（下部ヒータ２６２）の外周部には、内側から順に絶縁層４２とクラッド層４３が形成されている。絶縁層４２には、セラミックス等の耐熱性の非磁性絶縁物やヒータの外側に施される酸化被膜等が用いられる。クラッド層４３には、磁性ステンレスや鉄等の磁性金属が用いられる。なお、本実施の形態の上部ヒータ２５２と下部ヒータ２６２は、棒で形成しているが、パイプで形成することも可能である。それ以外の構成については、実施の形態１の図１、図２に示した加熱調理器１と同一であるので説明を省略する。

このように構成された加熱調理器１において、図示しない電源回路からコイル２０に２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波電流が供給されると、上部ヒータ２５２と下部ヒータ２６２に高周波の大電流（ヒータ電流）が誘導される。このヒータ電流は上部ヒータ２５２と下部ヒータ２６２の周囲に高周波磁束を発生する。高周波磁束は、磁性金属からなるクラッド層４３を磁気回路として通るため、クラッド層４３には渦電流が発生し、クラッド層４３が誘導加熱される。クラッド層４３は磁性金属であるため、クラッド層４３の外側へ漏洩磁束が発生せず、加熱庫３の壁部５（上壁５ａ、下壁５ｂ及び側壁５ｃ，５ｄ）が誘導加熱されない。したがって、上部ヒータ２５２と下部ヒータ２６２に印加された電力の大部分が上部ヒータ２５２、下部ヒータ２６２及びクラッド層４３で消費されるため、クラッド層４３の表面温度（ヒータ温度）を高温にして輻射を大きくできる。

なお、磁性ステンレスや鉄は腐食しやすいため、クラッド層４３の外側にセラミックスや酸化膜からなる保護層を形成してもよく、非磁性ステンレスや高ニッケル合金など耐食性のある金属でクラッド層４３を覆った第２のクラッド層を形成してもよい。

このように、実施の形態５の加熱調理器１に示した上部ヒータ２５２（下部ヒータ２６２）であっても、上部ヒータ２５２（下部ヒータ２６２）に流れる高周波の大電流によりクラッド層４３が誘導加熱されるので、クラッド層４３が形成されていないヒータに比べてコイル損失を低減できる。

以上、本発明の複数の実施の形態を個別に説明したが、これら複数の実施の形態は、特に問題がない限り、組み合わせることが可能である。

今回、開示した実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は、上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲での全ての変更を含む。

１ 加熱調理器
２ 筐体（調理器本体）
３ 加熱庫
４ 電源回路
５ 壁部
５ａ 上壁
５ｂ 下壁
５ｃ，５ｄ 側壁
６ 扉
７，７０ コイルユニット
８ 耐熱基材
１４ 棚部
１５ （耐熱基材８の）上部溝部
１６ （耐熱基材８の）下部溝部
１８ 上部断熱材
１９ 下部断熱材
２０ コイル
２１ 上部磁性体
２２ 下部磁性体
２３ 防磁カバー
２４ 空冷ファン
２５，２５１，２５２ 上部ヒータ
２６，２６０，２６１，２６２ 下部ヒータ
３０，３００ オーブン皿
３１，３１０ オーブン容器
４２ 絶縁層
４３ クラッド層
６０ 食材

Claims (9)

1. 箱状の加熱庫と、
   前記加熱庫の外側に配置されたコイルと、
   前記コイルに高周波電流を供給する電源回路と、
   前記加熱庫の内部に前記コイルから生じる一の高周波磁束と１回鎖交する電気的に閉じた閉ループを構成するヒータとを備え、
   前記ヒータの近傍であって前記加熱庫の内部に導電性部材を配置したことを特徴とする加熱装置。
2. 前記導電性部材は、前記加熱庫を構成する少なくとも１つの壁の一部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記導電性部材は、前記加熱庫を構成する天井壁の少なくとも一部に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の加熱装置。
4. 前記加熱庫を構成する少なくとも１つの壁の一部に形成されている前記導電性部材の外側に断熱層が形成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の加熱装置。
5. 前記導電性部材は、被加熱物を載せる板状の部材であることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
6. 前記導電性部材は、内部に被加熱物を収容する容器であることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
7. 前記容器は、容器本体と前記容器本体に対して取り外し可能な蓋とを有する特徴とする請求項６に記載の加熱装置。
8. 前記導電部材は、前記ヒータと絶縁部材を介して一体的に形成されることを特徴とする請求項１、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の加熱装置。
9. 前記導電部材は、前記ヒータの外周部に絶縁物を介して形成される磁性金属部材であることを特徴とする請求項１項に記載の加熱装置。

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