JPH0778681A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加熱むらがなく加熱効率が良い自動調理を実
現する高周波加熱装置を得る。 【構成】 加熱室１と、マグネトロン３と、マグネトロ
ン３と加熱室１とを結合する導波管５と、加熱時間設定
手段１８と、導波管５に取り付けられ駆動装置１３によ
り駆動される整合アンテナ１０と、導波管内に伝送され
るマイクロ波電力を検出する方向性結合器６と、加熱開
始時に整合アンテナを回転させ、予め定めた複数の位置
での方向性結合器６の検出信号を記憶し、この記憶に基
づいて、複数の駆動位置を設定し、それぞれの駆動位置
に整合アンテナ１０を停止させ、それぞれの駆動位置で
前記検出信号に基づいて得られるマイクロ波電力の反射
／入射の値に応じて整合アンテナの各駆動位置での加熱
時間を配分する制御装置１９とで構成したので、加熱む
らがなく高効率で自動調理を行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は整合アンテナを駆動して
食品を均一に加熱する高周波加熱装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の高周波加熱装置として、例
えば特開昭５７−３３９２号公報の発明では、マグネト
ロンと加熱室を結合する導波管の内壁の一部に、方向性
結合器とインピーダンス可変器を設置し、方向性結合器
の検出信号に基づき方向性結合器とインピーダンス可変
器を制御して、負荷と高周波発生源の整合状態を調整し
て加熱動作が高効率で行なわれるようにして省エネルギ
ーを追究したものが提案されている。また、特開平４−
２４５１９１号公報の発明のように、方向性結合器の検
出信号に基づきマグネトロンの出力を増減させて導波管
やマグネトロンなどの異常発生を防止するという信頼性
を向上させるものが提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上で述べ
た従来例は、いずれも省エネルギーや信頼性向上を目的
とするものであるため、食品の温度状態や種類、重量な
どによって変化する加熱条件の設定や加熱時間の設定は
別の手段を必要とし、加熱調理の自動化に対する思想が
ないため、使用者に加熱条件や加熱時間の設定を委ねた
り、操作のわずらわしさがあるなどという問題があっ
た。

【０００４】しかも前記従来例では、方向性結合器の検
出信号に基づいて単にマグネトロンの出力を制御するだ
けであり、食品が冷凍食品か常温品かの判別や、加熱状
態を判別して加熱条件を自動設定したり加熱調理の自動
化に寄与することはできず方向性結合器の応用が限定さ
れていた。

【０００５】また、従来例のインピーダンス可変器すな
わち整合アンテナは、加熱の高効率化にのみ着目した構
成であるため、加熱室とマグネトロンの整合がとれた位
置に駆動停止されることになる。しかしながら、インピ
ーダンス可変器で整合がとれて加熱効率が向上しても、
インピーダンス可変器の位置を変えると加熱室内のマイ
クロ波定在波分布も大きく変化するため、特に冷凍食品
の場合は、加熱室内の定在波分布が悪くなると加熱むら
が極端に悪化するという問題があった。

【０００６】本発明は上記の問題を解決するもので、加
熱室内の定在波分布を変えることで加熱むらを解消する
と同時に冷凍食品や常温食品の判別や加熱条件設定等の
自動化が可能となる高周波加熱装置を提供するものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上述した問題を
解決するために、食品を収容する加熱室と、マイクロ波
を発振するマグネトロンと、このマグネトロンと加熱室
とを結合する導波管と、加熱時間を設定する加熱時間設
定手段と、導波管に取り付けられた整合アンテナと、整
合アンテナを駆動する駆動装置と、導波管内に伝送され
るマイクロ波電力の入射および反射各方向成分を検出す
ると共にそれらの検出信号を出力する方向性結合器と、
そして加熱開始時に整合アンテナを駆動装置により回転
させ、予め定めた複数の位置での方向性結合器の検出信
号を記憶し、それらの記憶に基づいて予め定めた複数の
位置から食品を均一加熱するために必要な複数の駆動位
置を選んで設定し、それぞれの駆動位置に整合アンテナ
を順次停止させ、それぞれの駆動位置毎に記憶されてい
る検出信号に基づいて得られるマイクロ波電力の反射／
入射の値に応じて整合アンテナのそれぞれの駆動位置で
の加熱時間を配分する制御装置とで構成したものであ
る。

【０００８】また加熱時間設定手段は食品の重量を検出
する重量検出装置からなるものとした。

【０００９】

【作用】以上の構成により、整合アンテナを回転駆動さ
せたとき、整合アンテナの位置の変化で加熱室内の電磁
界分布パターン（定在波分布）を変えることが出来るの
で、加熱開始時に駆動装置により整合アンテナを回転さ
せ、予め定めた複数の位置で方向性結合器が検出する検
出信号を記憶し、食品を均一に加熱するための複数の駆
動位置を選んで設定し、それぞれ駆動位置に整合アンテ
ナを順次停止させ、それぞれの駆動位置毎に記憶されて
いる検出信号に基づいて得られるマイクロ波電力の反射
／入射の値の大小に応じて、それぞれの駆動位置におけ
る加熱エネルギーが同一になるように加熱時間を配分し
て加熱するので、加熱むらを解消することが出来る。

【００１０】また、冷凍食品は氷点以下では誘電体損失
が小さく、常温になるに従って大きくなるので、方向性
結合器によって検出されるマイクロ波電力の反射と入射
の値は食品温度が氷点以下では大きく、常温では小さく
なるので、方向性結合器で検出されるマイクロ波電力の
反射と入射の値やその状態変化の様子により冷凍食品と
常温食品の判別や冷凍食品の解凍の仕上がり等の検出が
可能となる。

【００１１】

【実施例】本発明の一実施例を図１から図６を用いて説
明する。図において、１は食品を収容する加熱室で金属
板例えばステンレス鋼板等により箱型に形成され、その
天井壁には高周波給電口２が開設されてある。３はマイ
クロ波を発振するマグネトロン、４はこのマグネトロン
３を駆動する高周波電源装置、５は導波管であり、前記
マグネトロン３で発生した高周波電力を前述の加熱室１
の高周波給電口２へ伝送してマグネトロン３と加熱室１
とを結合するものである。６は方向性結合器で両面プリ
ント配線基板から成るものであり、マイクロ波電力を検
出するため、導波管５の長辺のほぼ中央の管内天井部の
開口５ａに取り付けてある。７は導体ループ部で導波管
５内のマイクロ波をループ結合方式により検出するもの
である。８はマイクロストリップ線路で、導体ループ部
７で結合したマイクロ波電力に関する信号を伝送するた
めのもので、導波管５を伝送するマイクロ波電力の中の
入射電力に関する信号を伝送するマイクロストリップ線
路８ａと、同じく反射電力に関する信号を伝送するマイ
クロストリップ線路８ｂとで構成されてある。９は処理
回路部でマイクロストリップ線路８（８ａ，８ｂ）を伝
送されるマイクロ波を受信して検波しかつ平滑するもの
である。１０は単一の導体のスタブからなるインピーダ
ンス整合アンテナ（金属製）で、導波管５内にて回転自
在に取り付けられ、図４に示すように例えば駆動位置
ａ、ｂに停止することにより加熱室１内の電磁界分布パ
ターンをＡ、Ｂと可変する機能と加熱室１とマグネトロ
ン３のインピーダンス整合を取り高効率で動作させるた
めのものであり、図５に示すようにその外形寸法Ｗを導
波管５内を伝送されるマイクロ波の管内波長のほぼ１／
４にし、その下面外周部位に突起部１１を設けてある。
またこの整合アンテナ１０は導波管５の天井部に図６に
示すように取り付けられている。１２は整合アンテナ支
持軸で導波管５を貫通すると共に導波管５内においてそ
の下端に整合アンテナ１０を接続した金属製または誘電
体損失の少ないセラミック製の軸である。１３は駆動装
置で整合アンテナ支持軸１２を回転駆動して整合アンテ
ナ１０の回転角度を制御するステッピングモータであ
る。１４は整合アンテナ支持軸１２からのマイクロ波の
漏洩を防止するチョーク構造で導波管５の上面に設けて
ある。１５は封口板で高周波給電口２から導波管５内へ
異物が進入しないよう高周波給電口２を封口する板であ
り、マイクロ波低損失材料からなるものである。１６は
食品、１７はその受け皿、１８は加熱時間を設定する加
熱時間設定手段で、受け皿１７上の食品１６の重量を検
出する重量検出装置である。１９は制御装置で演算機能
や記憶機能等を有するマイクロコンピュータからなり、
方向性結合器、駆動装置および重量検出装置の出力信号
をそれぞれ取り込んで駆動装置１３の最適駆動位置への
制御と高周波電源装置４の作動時間の制御を行なうもの
であり、その制御内容は次に述べる。

【００１２】このように構成された高周波加熱装置にお
いて、加熱室１内底部の受け皿１７上に食品１６が載置
され、加熱調理が開始されると、マグネトロン３で発生
したマイクロ波は導波管５を通って加熱室１内に供給さ
れ、食品１６の誘電加熱を開始する。

【００１３】この加熱開始時において、制御装置１９は
重量検出装置１８の信号を取り込んで加熱時間を設定
し、同時に駆動装置１３を制御して整合アンテナ１０を
所定の行程について回転駆動させると共に、その駆動行
程の予め定められた複数の位置における方向性結合器６
の出力信号を取り込み、それらを記憶する。それらの記
憶に基づいて予め定めた複数の位置から食品を均一加熱
するために必要な複数の駆動位置を選んで設定し、それ
ぞれの駆動位置に整合アンテナ１０を順次停止させ、そ
れぞれの駆動位置毎に記憶されている検出信号に基づい
て得られるマイクロ波電力の反射／入射の値が大きい駆
動位置では加熱時間を短くし、同様にしてマイクロ波電
力の反射／入射の値が小さい駆動位置では加熱時間を長
く配分してそれぞれの駆動位置における加熱エネルギー
が同一になるように高周波電源装置４を制御する。

【００１４】以上のようにして、制御装置１９は駆動装
置１３を制御して整合アンテナ支持軸１２をまず３６０
度即ち１回転という所定の行程について回転駆動すると
共に、その回転駆動行程中の予め定められた複数の位置
（回転角度）において方向性結合器６の入射および反射
の各信号を取り込むが、高周波電源装置４の電圧変動に
よる補正を考慮する場合は、その信号情報の処理は各回
転駆動位置ごとの反射／入射の値すなわち電圧定在波比
の値としてそれらを記憶すればよく、この初期情報と加
熱中の各駆動位置ごとに方向性結合器６で検出する信号
情報との比較で電圧定在波以外の変動要因を検出し補正
出来る。

【００１５】このようにして、加熱室１内に収容されて
いる食品１６に対して整合アンテナ１０を複数の駆動位
置に停止することで、加熱室１内に電磁界分布パターン
を数通り組み合わせてその重量に合った最適な加熱パタ
ーンを組合せて食品１６の加熱むらを防止することが出
来ることになる。特にターンテーブルで食品１６を回転
させるシステムではターンテーブルの回転軸方向に電磁
界分布の強弱を変えてやると効果的である。

【００１６】また、整合アンテナ支持軸１２を任意の位
置に停止させ、方向性結合器６の入射反射各信号を取り
込んで反射／入射の値を見張り、制御装置１９に予め記
憶してある基準値との値較により食品の温度状態を間接
的に判別する。すなわち、冷凍食品の場合は、誘電体損
失が小さいために食品のマイクロ波電力の吸収も少なく
反射電力が大きくなるため、反射／入射の値が大きくな
る。常温食品は誘電体損失が大きくなるために食品のマ
イクロ波電力の吸収も大きく反射電力が小さくなるた
め、反射／入射の値も小さくなる。このような性質を利
用することにより間接的に食品１６の温度状態を判別で
きる。従って、方向性結合器６の検出信号により常温食
品と冷凍食品を見分けることができ、その食品１６に合
わせて加熱条件を決定し加熱制御することで自動調理を
可能にすることが出来る。加熱条件の決定においては、
冷凍食品は加熱むらを軽減するために０℃に近ずくにつ
れ入射電力を下げてやるように高周波電源装置４を制御
すればよい。

【００１７】また、冷凍食品のように温度により急激に
誘電体損失が変化するような場合は、大きな高周波出力
では加熱室内のマイクロ波定在波によりマイクロ波電力
の強い位置と弱い位置の差が大きくなり、誘電体損失の
急激な変化で加熱むらが生じやすくなる。従って、冷凍
食品では、比較的小さな高周波出力で加熱むらが生じに
くいように加熱してやる必要があるが、その手段として
は食品１６が冷凍状態では冷凍食品に対する加熱室内の
電磁界分布パターン（定在波分布）が良好になるように
整合アンテナ１０の位置を適宜必要に応じて回転駆動さ
せてやればよい。

【００１８】また、冷凍食品が氷点以下では誘電体損失
が大きく変化するためマイクロ波の反射電力も大きく変
化することになり、電圧定在波比すなわち反射／入射の
値も大きく変化し、徐々に変化が小さくなる。氷点以上
の常温では誘電体損失はほとんど変化しないため反射／
入射の値もほとんど変化しない。従って、電圧定在波比
が大きく変化する状態から変化がほぼなくなるような状
態を検出することにより冷凍食品の解凍を検出すること
が出来る。また、常温食品においては、例えばスープな
どを加熱した場合、沸騰が生じたりすると液体部分に気
泡が生じたり消滅したりすることで状態変化を生じるた
め、その状態変化を検出することが出来る。即ち反射／
入射の値が大きくなったり小さくなったりを繰り返すゆ
らぎ現象として検出出来る。このようにして、常温食品
でも仕上がりを検出することが出来る。以上のような検
出により、高周波電源装置４を停止するように制御する
ことで調理の自動化を可能に出来る。

【００１９】本発明にあってはこのほか、重量検出装置
１８によって検出される食品１６の重量が予め定められ
た値より重い場合には、進行中の加熱動作の途中の適宜
の時点において再び駆動装置１３を制御してその作動行
程中の複数の駆動位置ごとに方向性結合器６の検出信号
を取り込み見直して記憶を一新した後、それら新たな記
憶の中からマグネトロン３と加熱室１が最良の結合状態
であると判断される検出信号を（電圧定在波比の最小
値）見出し、それが検出された整合アンテナ支持軸１２
の回転角度位置を確認し、その駆動位置で整合アンテナ
支持軸１２が停止するように駆動装置１３を制御するこ
とも可能であり、また、食品１６の温度上昇により整合
が崩れた状態を再び整合の取れた状態に戻し、その位置
で引き続き残された時間だけ高周波電源装置４を制御す
るという高精度の高効率化をも実現出来る。

【００２０】また、制御装置１９が方向性結合器６を通
じて駆動装置１３の複数の駆動位置ごとに導波管５内に
伝送されるマイクロ波電力の入射および反射各方向の成
分を検出している間は、制御装置１９はマグネトロン３
の出力が比較的低出力となるよう高周波電源装置４を制
御するようにすれば、整合アンテナ１０の駆動調整時に
マグネトロン３の異常加熱やスパーク発生などの重大事
故の発生を防止出来る。

【００２１】また、単に食品を回転させるターンテーブ
ルでは回転することにより同心円上の加熱むらは改善出
来るが中心と外周との加熱むらは改善出来ないのに対
し、本発明では整合アンテナによりターンテーブルの中
心位置を強弱任意の電磁界加熱パターンに可変すること
が可能であり加熱むら防止の効果が高い。また、整合ア
ンテナは回転駆動のみならず上下移動を組み合わせても
良く、食品の加熱むら防止は整合アンテナ単独でもター
ンテーブルと組み合わせても良い。

【００２２】

【発明の効果】以上本発明によれば、整合アンテナを複
数の駆動位置に停止させ、それぞれの駆動位置において
記憶されている検出信号に基づいて得られるマイクロ波
電力の反射／入射の値に応じて、それぞれの駆動位置に
おける加熱エネルギーが同一になるように加熱時間を配
分するので、食品の加熱むらを防止する最適な加熱仕上
がり状態や高効率化がなどが可能である。

【００２３】しかも方向性結合器の検出信号で解凍検出
等の仕上がり検出が可能であるため、重量検出装置によ
る加熱時間の設定を省略することも可能で安価な構成で
調理の自動化を促進する高周波加熱調理機を提供出来
る。

【００２４】また、方向性結合器はマイクロ波の入射と
反射の両方を検出して求めた電圧定在波比の値で食品の
加熱状態を判別するようにしてあるので、電源電圧の変
動や食品の温度変化による誘電体損失の変化に伴う入射
電力の変動、あるいは受け皿回転によるインピーダンス
変化による入射電力の変動が生じても、食品の温度変化
による誘電体損失の変化を精度良く検出することが出来
る。

【００２５】さらに、加熱開始後まず駆動装置を作動さ
せて整合アンテナを所定の行程について駆動すると共
に、その行程中の予め定められた複数の位置ごとの方向
性結合器の検出信号を記憶し、その後それら記憶された
検出信号群の中から加熱室とマグネトロンのインピーダ
ンス整合の取れている値の検出された駆動位置を見出し
て、直ちにそこへ整合アンテナを駆動して固定するの
で、マグネトロンの発振動作点が短時間のうちに整合の
とれた高効率動作点に移り、高効率な高周波加熱が行な
える。

【００２６】なお、方向性結合器で検出されるマイクロ
波電力の入射と反射の値が一番小さい位置に停止すれ
ば、マイクロ波が食品に一番効率良く吸収される状態、
すなわち高整合な状態にすることが出来る。

【００２７】また、食品温度が上昇する加熱動作の途中
で整合を取り直すことも出来るので、終始高効率で調理
することが出来、さらに、整合アンテナの駆動調整をマ
グネトロン出力を比較的低出力にして行なうようにする
ことで、整合アンテナの駆動調整中にマグネトロンの異
常加熱やスパーク発生等を起こすことが無くなり、安全
性を高めることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す高周波加熱装置の概念
構成図である。

【図２】本発明の一実施例を示す高周波加熱装置に用い
られる方向性結合器の一面側（表側）の平面図である。

【図３】本発明の一実施例を示す高周波加熱装置の動作
を示すフローチャートである。

【図４】本発明の一実施例を示す高周波加熱装置の整合
アンテナの位置と対応した加熱室内の強い加熱となる電
磁界分布の組合せ例を示すものである。

【図５】本発明の一実施例を示す高周波加熱装置に用い
られる整合アンテナの斜視図である。

【図６】図１における整合アンテナ取付け部の断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 加熱室 ３ マグネトロン ５ 導波管 ６ 方向性結合器 １０ 整合アンテナ １３ 駆動装置 １８ 加熱時間設定手段（重量検出装置） １９ 制御装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１．食品を収容する加熱室（１）と、 ２．マイクロ波を発振するマグネトロン（３）と、 ３．このマグネトロンと前記加熱室とを結合する導波管
   （５）と、 ４．加熱時間を設定する加熱時間設定手段（１８）と、 ５．前記導波管に取り付けられた整合アンテナ（１０）
   と、 ６．この整合アンテナを駆動する駆動装置（１３）と、 ７．前記導波管内に伝送されるマイクロ波電力の入射お
   よび反射各方向成分を検出すると共にそれらの検出信号
   を出力する方向性結合器（６）と、 ８．そして加熱開始時に前記駆動装置により前記整合ア
   ンテナを回転させ、予め定めた複数の位置で前記方向性
   結合器が検出する検出信号を記憶し、それらの記憶に基
   づいて前記予め定めた複数の位置から食品を均一加熱す
   るために必要な複数の駆動位置を選んで設定し、それぞ
   れの駆動位置に前記整合アンテナを順次停止させ、それ
   ぞれの駆動位置毎に記憶されている前記検出信号に基づ
   いて得られるマイクロ波電力の反射／入射の値に応じて
   前記整合アンテナのそれぞれの駆動位置での前記加熱時
   間を配分する制御装置（１９）とで構成したことを特徴
   とする高周波加熱装置。
2. 【請求項２】 前記加熱時間設定手段（１８）は食品の
   重量を検出する重量検出装置からなることを特徴とした
   請求項１記載の高周波加熱装置。