JP5517837B2 - 加熱装置 - Google Patents

Description

この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、ある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、薄いリボン状また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に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は対向して配置され、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について以下に説明する。
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捲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、なら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）、オーブン皿の中央部の上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、とりわけヒータに入力される電力を大きくすることにより、ヒータが所定温度の高温まで短時間で昇温可能な加熱装置を提供することにある。

少なくとも一つの溝が形成された第１の壁を有する箱状の加熱庫と、前記加熱庫の前記第１の壁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回路を構成するヒータとを備え、前記ヒータの一部は前記溝に挿入され、前記箱状の加熱庫の前記第１の壁以外の第２の壁の一部を絶縁部材で形成したことを特徴とする。

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）の閉回路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、このヒータの周囲に高周波磁場が発生するが、高周波磁場が加熱庫の壁部を誘導加熱しないため、ヒータに入力される電力を大きくできる。その結果、ヒータが所定温度の高温まで短時間で昇温可能な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。 図１におけるＩ−Ｉ方向から見た加熱調理器の横断面図である。 実施の形態１の加熱調理器の加熱庫を示す分解斜視図である。 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。 加熱庫の壁部が金属の場合の等価回路図である。 加熱庫の壁部の材質が異なる場合の抵抗を示す図である。 回路シミュレーションに基づく加熱庫の壁部の材質が異なる場合の抵抗を示す図である。 加熱庫の壁部が異なる材質のときのヒータと壁部での電力消費の配分を示す図である。 従来の加熱調理器の加熱庫の壁部の材質が異なる場合の抵抗を示す図である。 従来の加熱調理器の加熱庫の壁部が異なる材質のときのヒータと壁部での電力消費の配分を示す図である。 従来の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の加熱調理器の正面断面図である。 図１８におけるII−II方向から見た加熱調理器の横断面図である。 加熱庫の壁部の材質が異なる場合の抵抗を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る加熱調理器について、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ある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。

図３は加熱庫３の分解斜視図である。加熱庫３は、筐体２の前面に開口した箱型形状を有し、例えばセラミックスなどの耐熱性絶縁部材で形成された上壁５ａ、下壁５ｂ、側壁５ｃ，５ｄ（これらを総称して加熱庫３の「壁部」５と称する。）を備えている。具体的に、壁部５は例えば、セラミックウール、グラスウール、断熱ボード、煉瓦（耐火煉瓦を含む）及び耐熱樹脂等が用いられ、加熱庫３内の温度に応じて適宜に選択される。図示するように、加熱庫３は、鉄、ステンレス、アルミや銅などの金属材料で形成した箱型形状の枠体６の内側に上壁５ａ、下壁５ｂ、側壁５ｃ，５ｄを取り付けることにより形成されている。

また、上壁５ａ、下壁５ｂ、側壁５ｃ，５ｄを構成する壁部５の外側には、加熱庫３内部の熱が外部に放散するのを抑制する例えば、セラミックウール等の断熱材（図示せず）で外装してもよい。なお、加熱庫３の壁部５を角型の筒状に一体的に形成してもよい。

図１〜図３に示すように、加熱庫３の壁部５の外側には、所定空間をもって防磁壁７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ（これらを総称して「防磁壁」７と称する。）が設けられている。防磁壁７は、例えばアルミニウムや銅などの高導電率の金属板で形成されている。加熱庫３の外周部と各防磁壁７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの内側とで形成されている空間は、加熱庫３内の熱が防磁壁７の外側に放散するのを抑制する断熱層として機能し、この空間の代わりにセラミックウール等の断熱材を設けてもよい。

防磁壁７は、加熱調理器１の筐体２が鉄板などの強磁性体の金属で形成されている場合、加熱庫３の内部に配置された上部ヒータ８、下部ヒータ９に高周波の大電流が流れて発生する高周波磁場で、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だけでなく、上部ヒータ８、下部ヒータ９に高周波の大電流が流れたときに発生する電磁ノイズを遮蔽する機能を有する。

しかし、筐体２が誘導加熱されにくい非磁性金属材料の場合や、筐体２が強磁性体の金属であっても上部ヒータ８、下部ヒータ９と筐体２の距離が十分に離れている（概ね３ｃｍ以上）場合には、防磁壁７は必ずしも必要ではない。防磁壁７を備えない場合には、加熱庫３の壁部５の外側に断熱材を配置することや、図１あるいは図２の防磁壁７に代えて絶縁物の板部材などを設け、加熱庫３の壁部５の外側に断熱層を形成することが望ましい。

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）１０が設けられており、前壁１０は開閉自在で加熱庫３への食材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１０とが連結され、焼き網２６と脂受け皿２７を前壁１０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１０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１２を備えており、コイルユニット１２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１３を有し、耐熱基材１３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１０（扉）と耐熱基材１３（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１２について具体的に説明する。耐熱基材１３は、上部と下部の中央部をコ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１３の上部溝部１５、下部溝部１６を囲うように、断面略コ状の上部断熱材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１３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一石共振型インバータ、ハーフブリッジインバータ又はフルブリッジインバータ等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、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４及び図５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１２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１２の背後には、コイルユニット１２全体を囲うように、断面略コ状の防磁カバー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１２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１２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することができる。なお、防磁カバー２３は、コイルユニット１２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）８と下部ヒータ（熱源）９が配置されており、該上部ヒータ８、下部ヒータ９の一部は耐熱基材１３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８、下部ヒータ９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２５により支持されている。

上部ヒータ８と下部ヒータ９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回路を構成したものである。具体的に、上部ヒータ８と下部ヒータ９はそれぞれ、導電体を１ターンの閉回路状（ループ状）に形成したものである。上部ヒータ８と下部ヒータ９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、あるいは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８と下部ヒータ９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８と下部ヒータ９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、金属板に対し所定の間隔をおいて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８、下部ヒータ９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８、下部ヒータ９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８又は下部ヒータ９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おそれがある。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８と下部ヒータ９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２５は、例えば側壁５ｃ，５ｄの成形時に一体的に形成してもよいし、棚部２５を別の部材で成形した後、接着や溶着等により側壁５ｃ，５ｄに取り付けることもできる。

なお、上部ヒータ８、下部ヒータ９の支持方法は上述した形態に限らず他の方法によるものであってもよい。本実施の形態の加熱調理器１は、上部ヒータ８、下部ヒータ９の一部は絶縁部材である耐熱基材１３の上部溝部１５と下部溝部１６に収容され、該上部ヒータ８、下部ヒータ９のその他の一部は絶縁部材である側壁５ｃ，５ｄの内側に形成された棚部２５により支持されている。このように、上部ヒータ８、下部ヒータ９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２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８と下部ヒータ９とは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８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９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８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９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８と下部ヒータ９の形状を異なるものとすることで、使用者が上部ヒータ８、下部ヒータ９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５に示すように、上部ヒータ８と下部ヒータ９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８と下部ヒータ９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５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８と下部ヒータ９の間に焼き網２６が配置され、下部ヒータ９の下に脂受け皿２７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８０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５は加熱調理器１の主要部を示す斜視図である。図５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８及び下部ヒータ９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６はコイルユニット１２と、耐熱基材１３の上部溝部１５と下部溝部１６に収容された上部ヒータ８及び下部ヒータ９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５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８と下部ヒータ９と鎖交する。

電磁誘導によって上部ヒータ８と下部ヒータ９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８と下部ヒータ９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８と下部ヒータ９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８と下部ヒータ９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８、下部ヒータ９をそれぞれ外形φ５ｍｍ、肉厚０．８ｍｍの非磁性ステンレスのＳＵＳ３１６の中空材で製作したとすると、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８，９の電気抵抗は１ｍあたり約７０ｍΩである。仮に中空材の肉厚を０．４ｍｍとしても各ヒータ８，９の電気抵抗は１ｍあたり約１２０ｍΩである。各ヒータ８，９の全長が２ｍとすると、ヒータ全長の電気抵抗は、肉厚０．８ｍｍの中空材を用いた場合は約１４０ｍΩ、肉厚０．４ｍｍの中空材を用いた場合は約２４０ｍΩとなる。上部ヒータ８、下部ヒータ９に２ｋＷの電力を印加する場合、各ヒータ８，９の消費電力はそれぞれ約１ｋＷであるから、各ヒータ８，９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の中空材の場合で約８５Ａ、肉厚０．４ｍｍの中空材の場合で約６５Ａの高周波の大電流が上部ヒータ８、下部ヒータ９に流れていることになる。当然のことながら上部ヒータ８と下部ヒータ９に用いる中空材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。

動作説明に戻り、コイル２０に高周波電流が流れると、上部ヒータ８と下部ヒータ９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８と下部ヒータ９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８と下部ヒータ９は発熱する。加熱庫３の壁部５が耐熱性絶縁部材で形成されているため、コイル２０に印加された高周波電力はコイル２０と上部ヒータ８及び下部ヒータ９でのみ消費される。これにより、上部ヒータ８及び下部ヒータ９の昇温速度がより速くなり、上部ヒータ８及び下部ヒータ９の温度がより高温（例えば、約８００℃以上）になる。

高周波電力が印加されて上部ヒータ８及び下部ヒータ９から発生した熱は、加熱庫３内の空気（雰囲気）と壁部５を加熱する。そして、加熱庫３内部の食材８０は、加熱庫３内の空気（雰囲気）による対流伝熱と各ヒータ８，９からの輻射伝熱によって間接的に加熱される。加熱庫３内の熱は、壁部５と防磁壁７の間の空間（断熱層）や壁部５の外側に図示しないセラミックウール等の断熱材が外装されていることにより外側に放散せず、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８０は、各ヒータ８，９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８０から生じる脂は、脂受け皿２７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ある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被誘導コイルが大型化している。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８、下部ヒータ９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６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１３の上部溝部１５に収容されている上部ヒータ８の断面と、下部溝部１６に収容されている下部ヒータ９との断面を横切らずに上部ヒータ８、下部ヒータ９と鎖交する磁束である。この磁束φ１が上部ヒータ８と下部ヒータ９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８、下部ヒータ９の断面を横切って上部ヒータ８、下部ヒータ９と鎖交する磁束であって、上部ヒータ８、下部ヒータ９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８、下部ヒータ９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８、下部ヒータ９の中で耐熱基材１３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８、下部ヒータ９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、その他の部分を中空材で形成し、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８と下部ヒータ９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（中空材）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８、下部ヒータ９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８と下部ヒータ９全体に誘導電流を流すのに何ら作用しない。

図７は、本発明に係る加熱調理器の等価回路である。本発明に係る加熱調理器は相互誘導回路で表すことができる。図７において、Ｒｃはコイルユニット１２の抵抗、Ｌｃはコイルユニット１２のインダクタンスであり、コイルユニット１２において電磁気的作用をするものは、コイル２０と、上部磁性体２１と下部磁性体２２のみであるから、図７の等価回路においては図４に示すコイルユニット１２のうちコイル２０と上部磁性体２１、下部磁性体２２のみが表現されている。なお、図７の等価回路では簡単にするために、上部磁性体２１、下部磁性体２２及び上部ヒータ８、下部ヒータ９の区別はせず、一体として扱った。図７においてＲｈは上部ヒータ８、下部ヒータ９の抵抗である。また、Ｌｈ１は上部ヒータ８、下部ヒータ９のうち、耐熱基材１３の上部溝部１５、下部溝部１６に収容されている部分（以下、「給電部」と称する。）のインダクタンスであり、Ｌｈ２は残りの部分（以下、「ヒータ部」と称する。）のインダクタンスである。Ｍ１はコイルユニット１２と上部ヒータ８、下部ヒータ９の給電部との相互インダクタンスであり、ｋ１はコイルユニット１２と上部ヒータ８、下部ヒータ９の給電部との結合係数である。

また、図８は本発明と比較するため、加熱庫３の壁部５が金属部材で形成されている場合の等価回路を示した図である。コイル２０に高周波電流を印加すると、上述のように上部ヒータ８、下部ヒータ９には高周波の大電流が流れるから、加熱庫３の壁部５が金属部材で形成されている場合、上部ヒータ８、下部ヒータ９と金属製の壁部５との間で相互誘導が生じる。図８において、図７と同符号を示したものは上述したとおりである。Ｒｆは加熱庫３の壁部５の抵抗であり、Ｌｆは加熱庫３の壁部５のインダクタンスである。Ｍ２は上部ヒータ８、下部ヒータ９のヒータ部と加熱庫３の壁部５との相互インダクタンスであり、ｋ２は上部ヒータ８、下部ヒータ９のヒータ部と加熱庫３の壁部５との結合係数である。

図９は、本実験用に製作した加熱調理器１のコイルユニット１２のみの抵抗、加熱庫３の壁部５が絶縁物の場合の抵抗と、加熱庫３の壁部５が金属部材の場合の抵抗とをインピーダンスアナライザで測定した結果である。いずれの測定結果もコイル２０の両端をインピーダンスアナライザに接続して測定した。

コイルユニット１２のみの抵抗は、加熱調理器１からコイルユニット１２のみを取り出して単体で測定した結果である。加熱庫３の壁部５が絶縁部材の場合の抵抗は、図１、図２に示したように壁部５をセラミックスからなる耐熱性絶縁部材で製作し、耐熱基材１３の上部溝部１５、下部溝部１６に上部ヒータ８、下部ヒータ９を収容した状態でコイル２０の両端にインピーダンスアナライザを接続して測定した。

加熱庫３の壁部５が金属の場合の抵抗は、図１、図２に示す加熱調理器１で加熱庫３の壁部５に鉄板を使用し、耐熱基材１３の上部溝部１５、下部溝部１６に上部ヒータ８、下部ヒータ９を収容してコイル２０の両端にインピーダンスアナライザを接続して測定した。

図９に示すように加熱庫３の壁部５を耐熱性絶縁部材から金属部材に変更すると、コイル２０の両端から測定した抵抗が大きくなる。すなわち、これは図７及び図８の等価回路が示すように上部ヒータ８、下部ヒータ９と加熱庫３の壁部５との相互誘導によるものである。このように、加熱庫３の壁部５を金属部材で形成した場合、壁部５でも電力が消費されるため、例えば使用電力が決まっている場合、各ヒータ８，９で消費される電力が減少することになる。

図９の抵抗測定結果を検証するため、図７及び図８の等価回路を回路シミュレータで解析した。図１０は、図７及び図８の等価回路をもとに回路シミュレータで図９と同様の各状態の抵抗を計算したものである。計算において、Ｒｃ＝９０ｍΩ、Ｌｃ＝１７０μＨとした。

これは図９の測定に用いたコイルユニット１２の３０ｋＨｚの値である。図９に示すように、リッツ線を用いて製作したコイル２０によるＲｃは表皮効果や近接効果により周波数が高くなるに従い、大きくなる特性を示すが、回路シミュレータでの解析では簡単にするためにコイルの抵抗Ｒｃは周波数によらず一定とした。

試作したヒータのインダクタンスは正確には分からないが、Ｌｈ１＝０．１μＨ、Ｌｈ２＝０．９μＨとした。また、各ヒータ８，９の抵抗は製作したヒータ材料の体積抵抗率から概算し、Ｒｈ＝１００ｍΩとした。

加熱庫３の壁部５の抵抗とインダクタンスは全く不明であるが、各ヒータ８，９と同程度と仮定し、Ｒｆ＝１００ｍΩ、Ｌｆ＝１μＨとした。さらに、コイルユニットＬｃと各ヒータ８，９の給電部Ｌｈ１との結合係数をｋ１＝０．９、各ヒータ８，９のヒータ部Ｌｈ２と壁部Ｌｆとの結合係数をｋ２＝０．５とした。

図１０は以上の条件で回路シミュレータによりコイル両端から見た抵抗を示したものである。図９と図１０を比較すると、傾向がほぼ一致しており、上述のように仮定した抵抗、インダクタンス及び結合係数が妥当なものであると考えられる。

回路シミュレータのよる計算結果によれば、コイル（Ｒｃ）、ヒータ（Ｒｈ）、加熱庫の壁部（Ｒｆ）が消費する電力を計算することができる。図１１はコイル２０の両端に１００％の電力を入力したときに、各ヒータ８，９と加熱庫３の壁部５が消費する電力の割合の計算結果を示したものである。本発明に係る加熱調理器１は図１１の実線で示した場合であり、加熱庫３の壁部５が耐熱性絶縁部材で形成されているため、コイル２０の両端に入力された電力はコイル２０と各ヒータ８，９でのみ消費される。すなわち、図１１から解るようにコイル２０に流れる高周波電流の周波数が２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの場合には９０％以上の電力が各ヒータ８，９で消費され、残りの１０％以下がコイル２０で消費される。

なお、図１１ではコイルで消費される電力は省略して示してある。例えば、コイルの両端に２ｋＷの電力を入力すれば、各ヒータ８，９では１．８ｋＷ以上の電力が消費される。一方、図１１の破線で示したものは、本発明と比較するため加熱庫３の壁部５が金属部材で形成された加熱調理器である。加熱庫３の壁部５が金属部材で形成されている場合、各ヒータ８，９に流れる高周波の大電流により、加熱庫３の壁部５が誘導加熱されるため、壁部５も電力を消費する。加熱庫３の壁部５が鉄板などの磁性金属部材で形成されている場合は誘導加熱されやすいが、非磁性の金属部材や導電性を有するグラファイトなどの炭素素材からなる導電材料であっても誘導加熱されるので、ここに示す比較例と同じである。

図１１に示すように加熱庫３の壁部５が金属部材の場合には、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数で加熱庫３の壁部５が１０〜１８％の電力を消費するため、各ヒータ８，９で消費する電力の割合は低下し約８０％程度となっている。例えば、コイル２０の両端に２ｋＷの電力を入力する場合、各ヒータ８，９で消費される電力は約１．６ｋＷとなり、加熱庫３の壁部５が耐熱性絶縁部材の場合と比較して２００Ｗ以上小さくなることが図１０から理解できる。壁部５で消費される電力も加熱庫３の壁部５の外側に断熱材などを外装し、加熱庫３の外部へ放散する熱を抑制することにより熱損失を防ぐことができる。

しかし、加熱庫３の壁部５が金属である場合には、電力消費により各ヒータ８，９と加熱庫３の壁部５の２つの部材が加熱されることになるので、本発明の加熱庫３の壁部５が耐熱性絶縁部材で形成される場合に比べ熱容量が大きくなり、加熱庫３の昇温に時間がかかる。また、各ヒータ８，９で消費される電力だけを比較しても、図１１の場合、本発明の加熱庫３の壁部５を耐熱性絶縁部材で形成した加熱調理器１の方が各ヒータ８，９で消費される電力を１０ポイント以上大きくすることができるので、各ヒータ８，９の温度上昇をより速くし、また各ヒータ８，９の温度を高温にすることができる。例えば、焼き魚などのグリル調理では加熱庫３内の温度上昇をできるだけ速くすることが望まれる。これは加熱の早い段階に食材の表面をパリッと焼き上げることにより、食材８０の中の旨み成分を閉じ込めるためである。また各ヒータ８，９からの輻射熱を利用した加熱による調理が美味とされるが、輻射による伝熱を大きくするためには、各ヒータ８，９の温度が高い方がよい。

すなわち、本発明による加熱庫３の壁部５を耐熱性絶縁部材で形成した加熱調理器１は、加熱庫３内の温度上昇を速くすることができ、また各ヒータ８，９からの輻射を大きくすることができるので、特にグリル調理に最適である。グリル調理に限らず、オーブン調理や、調理以外の焼成や乾燥など他の用途においても加熱庫３の温度上昇が速いと所望の温度に達する時間が速くなるので、調理や焼成、乾燥などに要する時間と電力を低減できる。

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の高周波電流が印加されるため、加熱庫の壁部が金属部材で形成されている場合、加熱庫の壁部が誘導加熱されるので本発明と同様、加熱庫の壁部を絶縁物部材で形成した方がよいのではないかと考えることもできる。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の壁部との相互誘導があったとしても、加熱庫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なる。

図１２及び図１３は、特許文献１に記載された加熱調理器の場合について回路シミュレータを用いて、図１０及び図１１と同様の計算をした結果である。図１２及び図１３を計算するための等価回路は図７及び図８に示したものである。回路定数は、被誘導コイルのインダクタンスＬｈ１を誘導コイルのインダクタンスＬｃと同じＬｈ１＝１７０μＨとし、ヒータの抵抗Ｒｈを２０Ωとした以外は、図１０及び図１１の計算のための回路定数と同じにした。図１２の加熱庫の壁部が絶縁部材の場合の抵抗（実線）と加熱庫の壁部が金属部材の場合の抵抗（破線）を比較すると、ほとんど同じでありほぼ重なっていることが解る。

図１３は、図１１と縦軸のスケールが異なっており、図１３は違いを分かりやすくするために５ポイントの範囲で拡大して示している。図１３を参照すると、加熱庫の壁部が絶縁部材の場合と金属部材の場合で、ヒータで消費される電力の割合は約０．１ポイントしか違わず、これはコイルの両端に２ｋＷの電力を入力したとき、２Ｗしか違わないことを意味する。

また、加熱庫の壁部が金属部材の場合、壁部で消費される電力の割合も約０．１％であり極めて小さい。特許文献１に記載された加熱調理器の回路定数は記載が無いので分からないから、ここで述べた回路シミュレーションによる計算に用いた回路定数と異なるものであろうことは予想されるが、図１２や図１３に示すように特許文献１の加熱調理器において加熱庫の壁部を金属部材とした場合であっても絶縁部材とした場合であっても、その違いはほとんど分からず、したがって、特許文献１には何ら記載が無いものと考えられる。すなわち本発明に示すように加熱庫の壁部を絶縁部材にすることが望ましいというのは、本発明に示す加熱調理器の形態において初めて明らかになったものであると言える。

図１４は特許文献１に記載された加熱調理器の主要部を示す図である。図１４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を通って、被誘導コイル（導線を複数回巻いて形成）５３と鎖交する。このとき、被誘導コイル５３に電磁誘導により発生した電圧により、ヒータ５４に誘導電流が流れてヒータ５４が発熱する。

ここで、被誘導コイル５３の導線の巻数をＮとすると被誘導コイル５３はＮターン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１４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１４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１の磁束は、Ｎターンの被誘導コイル５３とＮ回鎖交する。

これに対して、本実施の形態の加熱調理器１は、図６に示すようにコイル２０によって発生する一の磁束は、上部ヒータ８又は下部ヒータ９と１回鎖交するだけである。これは、上部ヒータ８、下部ヒータ９が１ターンの閉回路を構成するように形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、各ヒータ８，９が１ターン（巻数が１）であるということと同義でもある。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各ヒータ８，９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ということは言うまでもない。

電磁誘導により上部ヒータ８又は下部ヒータ９に誘起される電圧は低くなるので、各ヒータ８，９の抵抗が大きいときには各ヒータ８，９に十分に大きな電流を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８，９では、既に述べたように各ヒータ８，９の電気抵抗は一般的なヒータに比較してかなり小さいものになり、必要な熱量を得るために大電流が流れる。

したがって、このような高周波の大電流が各ヒータ８，９に流れるため、加熱庫３の壁部５が金属部材である場合には壁部５が誘導加熱されて、各ヒータ８，９で消費される電力が減少していたが、本実施の形態で説明したように、加熱庫３の壁部５が絶縁部材である方が金属である場合に比べてヒータで消費される電力を大きくすることができる。

なお、各ヒータ８，９の形状を工夫して、コイル２０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、本実施の形態の加熱調理器１に比べて電流は小さくはなるが各ヒータ８，９には高周波の大電流が流れるので、ヒータで消費される電力を大きくできる。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にあっては、加熱庫３の壁部５が絶縁部材で形成されているため、上部ヒータ８、下部ヒータ９に流れる高周波の大電流により加熱庫３の壁部５が誘導加熱されない。その結果、コイル２０に印加された高周波電力はコイル２０と上部ヒータ８及び下部ヒータ９でのみ消費される。これにより、上部ヒータ８及び下部ヒータ９の昇温速度がより速くなり、上部ヒータ８及び下部ヒータ９の温度がより高温になる。なお、本実施の形態では、壁部５を構成する上壁５ａの全部、下壁５ｂの全部、側壁５ｃ，５ｄの全部を絶縁部材で形成した例を説明したが、これに限らず、例えば上壁５ａの一部、下壁５ｂの一部、側壁５ｃ，５ｄの一部を絶縁部材で形成してもよい。

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高周波磁束と１回鎖交する電気的に閉じた閉回路を構成するものであれば、ヒータには高周波の大電流が流れる。このため、加熱庫の壁部を金属部材で形成するとヒータで消費される電力が減少するが、加熱庫の壁部を絶縁部材で形成していることによりヒータで消費される電力が大きくなり、実施の形態１で示した加熱調理器１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１５〜図１７を参照して説明する。図１５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１２０を示す断面図である。図は実施の形態１に示した図６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１２０は実施の形態１のコイルユニット１２と同様に、耐熱基材１３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８，９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１２０について具体的に説明すると、耐熱基材１３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８，９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１３の上部溝部１５と下部溝部１６に上部ヒータ８と下部ヒータ９の一部が収容され（この時、各ヒータ８，９の他の一部は加熱庫の左右の側壁５ｃ，５ｄに形成されている棚部２５に支持されている。）、図示しない電源回路からコイルユニット１２０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８、下部ヒータ９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８、下部ヒータ９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１２０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１２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８、下部ヒータ９と１回だけ鎖交する。

これにより、上部ヒータ８、下部ヒータ９には高周波の大電流が誘導される。既に説明しているように、加熱庫３の壁部５を絶縁部材で形成していることにより実施の形態１で示した加熱調理器１と同様に、各ヒータ８，９で消費される電力を大きくできる。

図１５に示したコイル２０１，２０２の場合、上部ヒータ８、下部ヒータ９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８と下部ヒータ９における耐熱基材１３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はコの字状の断面形状に限るものではなく、図１６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８、下部ヒータ９と鎖交し、上部ヒータ８、下部ヒータ９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８、下部ヒータ９と鎖交しても、各磁束は上部ヒータ８、下部ヒータ９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８、下部ヒータ９と１回鎖交することができれば、図１７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８、下部ヒータ９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を絶縁部材で形成していることにより各ヒータ８，９で消費される電力を大きくできる。

このように、磁性体の有無やコイル又は磁性体の形状は、本実施の形態で説明したものに何ら制限されるものではなく、コイル２０（２０１，２０２）から発生する一の磁束が上部ヒータ８、下部ヒータ９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では加熱庫の壁部（上壁、下壁及び側壁）が全て絶縁部材で形成された加熱調理器１について説明したが、実施の形態３の加熱調理器１では加熱庫の壁部を構成する少なくとも１つの壁を絶縁部材で形成したものである。このような形態の加熱調理器１であっても実施の形態１で説明した加熱調理器１と同様の効果を奏する。以下、実施の形態３に係る加熱調理器１について、図１８〜図２０を参照して説明する。図１８は、実施の形態３に係る加熱調理器１の正面断面図である。また、図１９は図１８におけるII−II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３の加熱調理器１は、上壁５ａが例えばセラミックスなどの耐熱性絶縁部材で形成され、下壁５０ｂ、側壁５０ｃ，５０ｄは例えば、鉄板などの金属部材で形成されている。加熱調理器１の筐体２が鉄板などの強磁性金属部材で形成される場合、実施の形態１の図１、図２で示した加熱調理器１と同様に、上壁５ａの外側（上方）には、所定空間をもって防磁壁７ａが配置されている。一方、下壁５０ｂ、側壁５０ｃ，５０ｄの外側には防磁壁が配置されていない。そして、実施の形態１に示した加熱調理器１と同様に、上壁５ａと防磁壁７ａの内側とで形成されている空間は、加熱庫３内の熱が防磁壁７ａの外側に放散するのを抑制する断熱層として機能している。

図１８、図１９に示すように、鉄板などの金属部材で形成されている下壁５０ｂ、側壁５０ｃ，５０ｄ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。また、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。なお、下壁５０ｂ、側壁５０ｃ、５０ｄ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。その他の構成は実施の形態１に示した加熱調理器１と同様である。

このように構成された実施の形態３の加熱調理器１において、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、電磁誘導により上部ヒータ８、下部ヒータ９に高周波の大電流（ヒータ電流）が誘導される。上部ヒータ８、下部ヒータ９に流れる高周波のヒータ電流は、金属部材で形成された加熱庫３の下壁５０ｂ、側壁５０ｃ、５０ｄと相互誘導を生じ、下壁５０ｂ、側壁５０ｃ，５０ｄを誘導加熱するため各ヒータ８，９で消費される電力が減少する。しかし、上壁５ａが耐熱性絶縁部材で形成されているため、上壁５ａとは相互誘導を生じない。その結果、上壁５ａが金属部材で形成された加熱調理器よりも、各ヒータ８，９で消費される電力の減少を小さくできる。

加熱庫３の内部の上方と下方に上部ヒータ８、下部ヒータ９をそれぞれ配置する場合、図１８及び図１９に示すように、下部ヒータ９の下側には脂受け皿２７などが配置されるため、下部ヒータ９と下壁５０ｂとの間隔は大きくなるが、上部ヒータ８の上側には何も配置されないので、加熱庫３の有効容積を大きくするために上部ヒータ８は上壁５ａに接近させて配置するのが望ましい。

そのため、実施の形態３の加熱調理器１では、図示するように上部ヒータ８は側面から見た断面形状において、耐熱基材１３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ることにより加熱庫３の内部の有効容積を大きくしている。したがって、上部ヒータ８と上壁５ａとの距離が近くなるので、上壁５ａが金属部材である場合には相互誘導が大きくなるため、上壁５ａのみを絶縁部材で形成することで効果的に本発明の効果を得ることができる。

なお、加熱庫３の内部に配置される各ヒータ８，９の形状や各ヒータ８，９が配置される位置は、本実施の形態で説明したものに何ら制限されるものではない。例えば、側壁５０ｃ，５０ｄが金属部材で形成されている場合であって、各ヒータ８，９と側壁５０ｃ，５０ｄとの相互誘導が最も大きく作用する各ヒータ８，９の配置であるならば、側壁５０ｃ，５０ｄを金属部材から絶縁部材に変更することで、側壁５０ｃ，５０ｄが誘導加熱されて各ヒータ８，９での電力消費が減少するのを最も効果的に抑制できる。

図２０は、図９で説明した実験と同様に、本実験用に製作した加熱調理器１のコイルユニット１２のみの抵抗と、加熱調理器１の加熱庫３の全ての壁部５が絶縁部材の場合の抵抗と、上壁５ａのみを絶縁部材とし、下壁５０ｂと両側壁５０ｃ，５０ｄが金属部材とした場合の抵抗と、全ての壁部５が金属部材の場合の抵抗とをインピーダンスアナライザで測定した結果である。いずれの測定結果もコイル２０の両端をインピーダンスアナライザに接続して測定したものである。上壁５ａのみが絶縁部材とし、下壁５０ｂと両側壁５０ｃ，５０ｄが金属部材とした場合の抵抗以外は図９に示したものと同じである。

図２０を参照すれば明らかなように、上壁５ａのみを絶縁部材にすることにより、全ての壁部５が金属部材の場合に比べ抵抗が小さくなっていることが分かる。これはすなわち、コイル２０に入力する電力が一定の場合、各ヒータ８，９で消費する電力が増加することを示唆している。実施の形態１のように全ての壁部５を絶縁部材で形成すると、ヒータで消費する電力を最も大きくできるが、全ての壁部５を例えばセラミックスなどの絶縁部材で形成するよりも、壁部５を構成する少なくとも一部の壁を鉄板などの金属部材で形成する方が加熱調理器１を安価に製作できる。

このような場合、本実施の形態で示したように、壁部５を構成する少なくとも一部の壁を絶縁部材で形成し、他の壁を金属部材で形成した場合であっても、壁部５の全てを金属で形成する場合に比べてヒータでの消費電力を大きくでき、実施の形態１で述べたように上部ヒータ８及び下部ヒータ９の昇温速度（加熱庫３の内部の温度上昇）がより速くなり、上部ヒータ８及び下部ヒータ９の温度をより高温にできる。また、壁部５を構成するどの壁を絶縁部材にするのが最も効果的であるかは、本明細書で開示したようにインピーダンスアナライザにより抵抗を測定すれば容易に判別できる。なお、本実施の形態では、壁部５を構成する少なくとも一部の壁を絶縁部材で形成した例を説明したが、これに限らず、該当する１つの壁の一部が絶縁部材で形成されていればよい。

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，５０ｂ 下壁
５ｃ，５ｄ，５０ｃ，５０ｄ 側壁
６ 枠体
７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ 防磁壁
８ 上部ヒータ
９ 下部ヒータ
１０ 扉
１２ コイルユニット
１３ 耐熱基材
１５ （耐熱基材１３の）上部溝部
１６ （耐熱基材１３の）下部溝部
１８ 上部断熱材
１９ 下部断熱材
２０，２０１，２０２ コイル
２１，２１０ 上部磁性体
２２，２２０ 下部磁性体
２３ 防磁カバー
２４ 空冷ファン
２５ 棚部
２６ 焼き網
２７ 脂受け皿
８０ 食材

Claims (5)

1. 少なくとも一つの溝が形成された第１の壁を有する箱状の加熱庫と、
   前記加熱庫の前記第１の壁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回路を構成するヒータとを備え、
   前記ヒータの一部は前記溝に挿入され、
   前記箱状の加熱庫の前記第１の壁以外の第２の壁の一部を絶縁部材で形成したことを特徴とする加熱装置。
2. 前記加熱庫は、第１の壁が背壁であり、少なくとも上壁、下壁及び左右の側壁が絶縁部材で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. 前記絶縁部材は、前記加熱庫を構成する少なくとも１つの第２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。
4. 前記絶縁部材は、前記加熱庫の上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３に記載の加熱装置。
5. 前記第２の壁の外側には、通電時に発生する磁束を遮蔽する金属板が配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の加熱装置。

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