WO2019220534A1 - 誘電加熱装置および誘電加熱電極 - Google Patents

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dielectric heating
signal source
ground plane
frequency
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暁人 平井
英悟 桑田
平 和田
和宏 弥政
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三菱電機株式会社
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/46—Dielectric heating
    • H05B6/62—Apparatus for specific applications
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/46—Dielectric heating
    • H05B6/54—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/46—Dielectric heating
    • H05B6/48—Circuits

Definitions

  • the present invention relates to a dielectric heating device and a dielectric heating electrode for heating an object to be heated between the electrodes.
  • Patent Document 1 discloses an apparatus that heats an object to be heated between opposing electrodes, in which at least one of the electrodes is a conductive material formed on the heat insulating material and the outer surface of the heat insulating material.
  • a high-frequency dielectric heating device is described that includes a deformable electrode that has a membrane and abuts against the object to be heated. The high-frequency dielectric heating device enables heating to be performed uniformly and in a short time, and suppresses local temperature rise in the inside and surface of the heating target.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and in a small dielectric heating device, suppresses a decrease in heating efficiency with respect to a heating target, and avoids the configuration of the dielectric heating device from becoming a high temperature state.
  • the purpose is to do.
  • the dielectric heating device includes two or more electrodes, a ground plane connected to an arbitrary electrode, a signal source that is connected to an electrode other than the electrodes connected to the ground plane, and outputs a high-frequency signal;
  • the high-frequency signal output from the signal source by electrical or magnetic coupling between two terminals that are arranged in series between the signal source and the electrode connected to the signal source and are not connected by metal in the element
  • the high frequency signal output from the signal source is output to the ground plane by electrical coupling of the two terminals, arranged in series between the first element that passes through and the ground plane and the electrode connected to the ground plane.
  • the present invention in a small dielectric heating device, it is possible to suppress the heat from moving from the object to be heated to the constituent circuit and the ground plane through the electrode and the like, and to suppress the heating efficiency from being lowered. Moreover, since it is suppressed that a heat
  • FIG. 1 It is a block diagram of the dielectric heating apparatus of the invention which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the other structural example of the dielectric heating apparatus of the invention which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the other structural example of the dielectric heating apparatus of the invention which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram of the dielectric heating apparatus of the invention which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a figure which shows the other structural example of the dielectric heating apparatus of the invention which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a block diagram of the dielectric heating apparatus of the invention which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a block diagram of the dielectric heating apparatus of the invention which concerns on Embodiment 4.
  • FIG. It is the other block diagram of the dielectric heating apparatus of the invention which concerns on Embodiment 1 to Embodiment 4.
  • FIG. It is the other block diagram of the dielectric heating apparatus of the
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a dielectric heating device 100 of the invention according to the first embodiment.
  • the dielectric heating device 100 is composed of a dielectric heating electrode 1, a signal source 2, and a ground plane 3, and is an unbalanced circuit connected by unbalanced line paths.
  • the dielectric heating electrode 1 includes an electrode 10 and a high-frequency passage heat insulating element 11 that allows only a high-frequency signal to pass therethrough and prevents heat transfer.
  • the high-frequency passage heat insulating element 11 has two terminals, i.e., two terminals i and ii.
  • the terminal i and the terminal ii do not have a metal continuous structure, and the respective conductors of the terminal i and the terminal ii are in a non-contact structure. Moreover, heat transfer is suppressed by having a heat insulating material with high thermal resistance between the metal of the terminal i and the terminal ii.
  • the terminal i and the terminal ii allow only high-frequency signals to pass through by electrical coupling with metal. Since the two terminals are not metallicly continuous, the DC component is not allowed to pass.
  • Specific devices include a capacitor, a transformer, a coupler, and the like.
  • the degree of electrical coupling between the terminal i and the terminal ii is sufficiently strong, and all signals input from the terminal i are output from the terminal ii without being attenuated and input from the terminal ii. It is assumed that the signal is output from the terminal i without being attenuated. In addition, it is assumed that the thermal resistance between the terminal i and the terminal ii is very high, the heat input from the terminal i does not move to the terminal ii, and the heat input from the terminal ii does not move to the terminal i.
  • the dielectric heating device 100 is a small device, and the metal having the largest area in the dielectric heating device 100 and a sufficiently large area with respect to the electrodes 10a and 10b. Is the ground plane 3. Therefore, it is assumed that the relative value of the heat capacity of the ground plane 3 is larger than the heat capacity of the electrodes 10a and 10b and the heating target X. On the other hand, since the entire dielectric heating device 100 is small, the absolute value of the heat capacity of the ground plane 3 is assumed to be small.
  • the ground plane 3 can be set as appropriate.
  • the dielectric heating device 100 shown in FIG. 1 includes two dielectric heating electrodes 1 a and 1 b, a signal source 2 and a ground plane 3.
  • the electrode 10a and the terminal i of the high-frequency passage heat insulation element (first element) 11a are connected by a metal wiring, and one of the signal sources 2 and the terminal ii of the high-frequency passage heat insulation element 11a are metal wiring. Connected by.
  • the electrode 10b and the terminal i of the high-frequency passage heat insulation element (second element) 11b are connected by a metal wiring, and the terminal ii of the high-frequency passage heat insulation element 11b is connected to the ground plane 3 and the metal wiring.
  • the other of the signal sources 2 is connected to the ground plane 3.
  • a high frequency signal is output from the signal source 2.
  • the output high frequency signal is input to the terminal ii of the high frequency passage heat insulating element 11a.
  • the high frequency passage heat insulating element 11a outputs the high frequency signal input from the terminal ii without being attenuated from the terminal i.
  • the high frequency signal output from the terminal i is transmitted to the electrode 10a.
  • the high-frequency passage heat insulating element 11b outputs a high-frequency signal input from the terminal i through the electrode 10a and the electrode 10b from the terminal ii.
  • the voltage applied by the electrode 10a heats the heating target X, and the temperature of the heated heating target X rises.
  • the heat generated in the heating target X moves to the electrodes 10a and 10b, and the electrodes 10a and 10b are heated.
  • the heat of the electrodes 10a and 10b heats the terminal i of the high-frequency heat insulating elements 11a and 11b through the metal wiring.
  • the high-frequency heat insulating elements 11a and 11b since the terminal i and the terminal ii are only electrically coupled, the heat transfer between the terminal i and the terminal ii is suppressed, and the heat does not move toward the terminal ii.
  • the dielectric heating apparatus 100 can heat the heating target X efficiently.
  • the dielectric heating apparatus 100 is not provided with the high-frequency heat insulating element 11a, the heat transferred from the heating object X to the electrode 10a moves to the ground plane 3 through the signal source 2. Further, when the high-frequency heat insulating element 11b is not provided, the heat transferred from the heating target X to the electrode 10b moves directly to the ground plane 3. Since the ground plane 3 is the metal having the largest area in the heating object X or the dielectric heating device 100, the heat capacity of the ground plane 3 is larger than the heat capacity of the heating object X. The heating efficiency is deteriorated by the movement of heat to the ground plane 3 via the electrode 10a or the electrode 10b.
  • the ground plane 3 is the widest metal in the dielectric heating device 100, the heat capacity as an absolute value is not large. Therefore, when the temperature of the heating target X becomes a high temperature of 100 ° C. or higher, the temperature of the ground plane 3 itself also increases due to heat transfer. When the heat of the ground plane 3 moves to the signal source 2, the temperature of the entire dielectric heating device 100 rises and the life of the dielectric heating device 100 is deteriorated.
  • the dielectric heating device 100 includes a high-frequency passage heat insulating element 11a that passes only a high-frequency signal in series with the electrode 10a and the signal source 2 and prevents heat transfer, and the electrode 10b A high-frequency heat insulating element 11 b is arranged in series with the ground plane 3. Accordingly, heat transfer to both the signal source 2 and the ground plane 3 can be suppressed without blocking high-frequency transmission, and the heating efficiency of the dielectric heating device with respect to the heating target X can be increased.
  • the high-frequency heat insulating element 11a suppresses the direct heat transfer to the signal source 2 through the electrode 10a, thereby preventing the temperature of the signal source 2 from rising and heat to the ground plane 3 through the signal source 2.
  • the high-frequency passage heat insulating element 11b prevents the heat transfer to the ground plane 3 by suppressing the heat transfer to the ground plane 3 via the electrode 10b. Thereby, since the operating temperature of the signal source 2 which is a constituent circuit can be kept low, deterioration due to high temperature is suppressed, and the life of the dielectric heating device 100 can be extended.
  • FIG. 1 shows an example in which two dielectric heating electrodes 1a and 1b are provided, the number of dielectric heating electrodes can be set as appropriate as long as the number is two or more.
  • FIGS. 2 and 3 are diagrams showing another configuration example of the dielectric heating device of the invention according to Embodiment 1.
  • FIG. The high-frequency-pass heat insulating elements 11a and 11b of the dielectric heating device 100A shown in FIG. 2 are configured to include a dielectric having a high thermal resistance and a high dielectric constant between two metals, improving the heat insulating performance, and the terminals i and ii. This enhances the high frequency pass attenuation characteristics.
  • the high-frequency heat insulating elements 11a and 11b shown in FIG. 2 are configured as a capacitor or a coupler constituted by the element electrode 30a and the element electrode 30b and the dielectric 32a, and are constituted by the element electrode 31a, the element electrode 31b, and the dielectric 32b. Capacitor or coupler.
  • the terminal i and the element electrodes 30a and 31b are connected, and the terminal ii and the element electrodes 31a and 30b are connected.
  • the element electrodes 30a and 30b and the element electrodes 31a and 31b are configured to sandwich the dielectrics 32a and 32b.
  • the high-frequency heat insulating elements 11a and 11b of the dielectric heating device 100B shown in FIG. 3 show a case where the element electrode 30a, the element electrode 30b, and the element electrodes 31a and 31b have a comb-shaped electrode structure having a plurality of protrusions. Yes.
  • the protruding portion of the element electrode 30b and the protruding portion of the element electrode 31b are alternately fitted so that the protruding portion of the element electrode 30a and the protruding portion of the element electrode 31a are alternately fitted.
  • It is arranged and configured as follows.
  • the high-frequency passage heat insulating elements 11a and 11b can increase the electrode area by adopting the comb-shaped electrode structure shown in FIG. Thereby, since the electrical or magnetic coupling between the element electrode 30a and the element electrode 31a and between the element electrode 30b and the element electrode 31b is increased, it is possible to realize a small high-frequency passage heat insulating element 11.
  • the high-frequency passage heat insulating elements 11a and 11b are each provided with two element electrodes 31a and 31b.
  • the number of electrodes can be set as appropriate as long as the number of electrodes is two or more.
  • two or more electrodes 10a and 10b, the ground plane 3 connected to the arbitrary electrode 10b, and the electrodes 10a other than the electrodes connected to the ground plane 3 are connected. Electrical coupling between two terminals that are arranged in series between the signal source 2 that outputs a high-frequency signal and the electrode 10a connected to the signal source 2 and not connected with metal in the element Alternatively, two terminals i are arranged in series between the high-frequency passage heat insulating element 11a that passes a high-frequency signal output from the signal source 2 by magnetic coupling and the ground plane 3 and the electrode 2 connected to the ground plane 3.
  • Ii is configured to include a high-frequency passage heat insulating element 11b that outputs a high-frequency signal output from the signal source 2 to the ground plane 3 by electrical coupling, so that the component circuit and the ground plane are connected to the heating target through electrodes and the like. Heat moves Suppressed from that, the heating efficiency can be suppressed. Moreover, since it is suppressed that a heat
  • FIG. FIG. 4 is a configuration diagram of the dielectric heating device 100C of the invention according to the second embodiment.
  • the signal source 2 of the dielectric heating device 100 shown in the first embodiment is configured by a battery 20, a signal generator 21, and an amplifier 22.
  • the same or corresponding parts as those of the dielectric heating device 100 of the invention according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those used in the first embodiment, and the description thereof is omitted or simplified. Turn into.
  • the battery 20 has a plus terminal and a minus terminal, and outputs a constant voltage between the plus terminal and the minus terminal.
  • the signal generator 21 generates a high frequency signal.
  • the amplifier 22 amplifies the high frequency signal generated by the signal generator 21 to a desired power.
  • the signal source 2 and the amplifier 22 are connected by an unbalanced line, and the amplifier 22 is assumed to be an unbalanced circuit capable of high output.
  • the signal generator 21 and the amplifier 22 have a plus terminal connected to the plus terminal of the battery 20 and a minus terminal connected to the minus terminal of the battery 20 and the ground plane 3.
  • the output of the amplifier 22 is connected to the terminal ii of the high-frequency pass heat insulating element 11a.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating another configuration example of the dielectric heating device according to the first embodiment.
  • the dielectric heating device 100D shown in FIG. 5 shows a case where the signal source 2 of the dielectric heating device 100C according to the second embodiment shown in FIG. 4 is composed of a battery 20, a signal generator 21, and an amplifier 22. Yes.
  • the signal source 2 of the dielectric heating apparatus 100B according to the first embodiment shown in FIG. 3 may be configured by the battery 20, the signal generator 21, and the amplifier 22.
  • the dielectric heating device 100C can be downsized to a size that can be carried.
  • the ground plane 3 is the widest metal in the dielectric heating device 100, the heat capacity as an absolute value is not large. Therefore, when the temperature of the heating target X becomes a high temperature of 100 ° C. or higher, the temperature of the ground plane 3 itself also increases due to heat transfer. Since the heat of the ground plane 3 moves to the signal source 2, the temperature of the entire dielectric heating device 100 rises, so that the life of the battery 20 may be deteriorated or the battery 20 may be deformed.
  • the signal source 2 includes the battery 20 that outputs a constant voltage, the signal generator 21 that generates a high-frequency signal based on the voltage output from the battery 20, and the signal generation.
  • the amplifier 21 is configured to amplify the high-frequency signal generated by the generator 21, it is possible to suppress heat transfer to the battery, the signal generator, and the amplifier that are constituent circuits.
  • the operating temperature of the battery, signal generator and amplifier can be kept low, and the battery, signal generator and amplifier can be prevented from degrading performance due to high temperatures, or the constituent circuits and battery can be deformed, and the life can be extended. Can be realized.
  • FIG. FIG. 6 is a configuration diagram of the dielectric heating device 100D of the invention according to the third embodiment.
  • the dielectric heating device 100D of the third embodiment has a structure in which the high-frequency passage heat insulation element 11a and the high-frequency passage heat insulation element 11b also serve as an electrode for heating the heating target X.
  • the same or corresponding parts as those of the dielectric heating apparatus 100A of the invention according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those used in the first embodiment, and the description thereof is omitted or simplified. Turn into.
  • the electrode 10a and the electrode 10b are electrodes for heating the heating target X.
  • the electrode 10a and the electrode 10b have a structure in which part or all of them serve as the electrodes of the high-frequency passage heat insulation element 11c and the high-frequency passage heat insulation element 11d.
  • FIG. 6 shows a case where a part of the electrode 10a and the electrode 10b also serves as the electrodes of the high-frequency pass heat insulating element 11a and the high-frequency pass heat insulating element 11b.
  • the dielectric 32a (the surface on which the element electrode 30a shown in FIG. 2 is formed) is brought into contact with a part of the electrode 10a so that the element electrode 30a also serves as the electrode 10a.
  • the high frequency passage heat insulation element 11c is formed by providing the element electrode 31a on the surface facing the contacted surface.
  • the dielectric 32b (the surface on which the element electrode 31b shown in FIG. 2 is formed) is brought into contact with a part of the electrode 10b so that the element electrode 31b also serves as the electrode 10b.
  • the high-frequency-pass heat insulating element 11d is formed by providing the element electrode 30b on the surface facing the contacted surface.
  • the element electrode 31a is connected to the signal source 2 by wiring.
  • the element electrode 30b is connected to the ground plane 3 by wiring.
  • the wiring between the high-frequency passage heat insulating element 11c and the electrode 10a and the wiring between the high-frequency passage heat insulating element 11d and the electrode 10b become unnecessary, and the area of the metal surface that touches the heating target X is reduced. It is suppressed. Thereby, the heat transfer 5 from the metal surface to the surrounding environment 4 can be suppressed.
  • the surrounding environment 4 is, for example, surrounding structures and air.
  • the heat transfer 5 is indicated by an arrow extending from the electrode 10a to the surrounding environment 4 and an arrow extending from the electrode 10b to the surrounding environment 4 in FIG.
  • the electrode 10a and the electrode 10b of the dielectric heating apparatus 100B according to the first embodiment shown in FIG. 3 are connected to the electrodes of the high-frequency passage heat insulation element 11a and the high-frequency passage heat insulation element 11a. It is good also as a structure which serves as both.
  • the high-frequency passage heat insulating element 11c is composed of two or more element electrodes, at least one element electrode also serves as the electrode 10a, and the second element is equal to or more than two. Since at least one of the element electrodes also serves as the electrode 10b, the wiring between the high-frequency passage heat insulation element 11c and the electrode 10a, and between the high-frequency passage heat insulation element 11d and the electrode 10b This makes it possible to eliminate the wiring, and the area of the metal in contact with the heating target can be reduced. Further, the heat transferred from the metal surface to the surrounding environment can be reduced, and the dielectric heating device can be reduced in size.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a dielectric heating device 100F according to the fourth embodiment.
  • the signal source 2 of the dielectric heating device 100E shown in the third embodiment is configured by a battery 20, a signal generator 21, and an amplifier 22.
  • the same or corresponding parts as those of the dielectric heating device 100C of the invention according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals as those used in the second embodiment, and the description thereof is omitted or simplified.
  • the same or equivalent parts as those of the dielectric heating device 100D of the invention according to the third embodiment are denoted by the same reference numerals as those used in the third embodiment, and the description thereof is omitted or simplified. .
  • the signal source 2 may be composed of a battery 20, a signal generator 21, and an amplifier 22.
  • the configuration shown in FIG. 7 eliminates the need for wiring between the high-frequency passage heat insulating element 11c and the electrode 10a and between the high-frequency passage heat insulating element 11d and the electrode 10b, and reduces the area of the metal surface that touches the heating target X. It is suppressed. Thereby, the heat transfer 5 from the metal surface to the surrounding environment 4 can be suppressed.
  • the configuration shown in FIG. 7 can reduce the size of the dielectric heating device 100F.
  • the heat transfer from the heating object X to the battery 20 can be suppressed, the rise in the operating temperature of the battery 20 can be suppressed, the battery 20 can be prevented from deteriorating due to high temperature, and the life of the battery 20 can be extended. And
  • the signal source 2 includes the battery 20 that outputs a constant voltage, the signal generator 21 that generates a high-frequency signal based on the voltage output from the battery 20, and the signal
  • the amplifier 22 is configured to amplify the high-frequency signal generated by the generator 21, it is possible to suppress heat transfer to the battery, the signal generator, and the amplifier that are constituent circuits.
  • the operating temperatures of the battery, the signal generator and the amplifier can be kept low, the battery, the signal generator and the amplifier can be prevented from deteriorating due to high temperatures, and a long life can be realized.
  • the high-frequency passage heat insulating element 11c is composed of two or more element electrodes, at least one element electrode also serves as the other electrode 10a, and the second element has two or more element electrodes. Since it is configured from element electrodes, and at least one element electrode is also configured to serve as one electrode 10b, the wiring between the high-frequency pass heat insulating element 11c and the electrode 10a, and the high-frequency pass heat insulating element 11d and the electrode 10b It becomes possible to delete the wiring between them, and the area of the metal in contact with the object to be heated can be reduced. Further, the heat transferred from the metal surface to the surrounding environment can be reduced, and the dielectric heating device can be reduced in size.
  • the dielectric heating devices 100, 100A, 100B, 100C, 100D, 100E, and 100F of the inventions according to the first to fourth embodiments described above can be configured even if there are three or more dielectric heating electrodes.
  • 8 and 9 are other configuration diagrams of the dielectric heating device of the invention according to the first to fourth embodiments.
  • FIG. 8 shows an example of a dielectric heating device 100G in which a dielectric heating electrode 1c is added to the dielectric heating device 100 of the invention according to the first embodiment shown in FIG.
  • FIG. 9 shows an example of a dielectric heating device 100H in which dielectric heating electrodes 1c and 1d are added to the dielectric heating device 100 of the invention according to Embodiment 1 shown in FIG.
  • the present invention can be freely combined with each embodiment, modified any component of each embodiment, or omitted any component in each embodiment. Is possible.
  • the dielectric heating device according to the present invention is preferably applied to a portable and small heating device.

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Abstract

２以上の電極（１０ａ，１０ｂ）と、任意の電極（１０ｂ）に接続される接地面（３）と、接地面（３）に接続された電極以外の電極（１０ａ）に接続され、高周波信号を出力する信号源（２）と、信号源（２）と信号源（２）に接続された電極（１０ａ）との間に直列に配置され、素子内において金属で接続されていない２つの端子（ｉ，ｉｉ）間の電気的結合または磁気的結合により信号源（２）から出力された高周波信号を通過させる高周波通過断熱素子（１１ａ）と、接地面（３）と接地面（３）に接続された電極（１０ｂ）との間に直列に配置され、２つの端子（ｉ，ｉｉ）の電気的結合により信号源（２）から出力された高周波信号を接地面（３）に出力する高周波通過断熱素子（１１ｂ）とを備える。

Description

誘電加熱装置および誘電加熱電極
　この発明は、加熱対象を電極で挟み加熱する誘電加熱装置および誘電加熱電極に関するものである。
　誘電加熱装置では、２つ以上の電極を用いて、加熱対象を挟み、信号源を用いて電極にその電極間に電圧を印加することで加熱対象を加熱する方式が用いられている。
　例えば、特許文献１には、対向する電極の間に加熱対象を配置して加熱する装置であって、少なくとも一方の電極が、断熱性材と該断熱性材の外表面に形成された導電性膜とを有し加熱対象に当接する変形可能電極を備える高周波誘電加熱装置が記載されている。当該高周波誘電加熱装置は、均一に、且つ短時間に加熱対象を可能とすると共に、加熱対象物の内部と表面の局所的な温度上昇の抑制を可能としている。
特開２０１１－６１７５３号公報
　近年、香料や電子タバコ、加熱タバコのエアロゾル発生など、加熱対象を加熱することでエアロゾルを発生させる機器が広まってきている。当該機器は、加熱対象が小さいため、装置も小型となり、また、バッテリを用いた構成となっている。そのため、従来、加熱対象が大きい場合には問題とならなかった、加熱対象から電極と配線を通じて電圧を発生する回路および接地面への熱移動による加熱効率が低下するという課題が生じていた。
　上述した特許文献１に記載された高周波誘電加熱装置においても、加熱対象が小さい場合に、上述した加熱効率の低下、および構成回路およびバッテリが高温状態となるという課題が生じる。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、小型な誘電加熱装置において、加熱対象に対する加熱効率の低下を抑制し、誘電加熱装置の構成が高温状態となるのを回避することを目的とする。
　この発明に係る発明の誘電加熱装置は、　２以上の電極と、任意の電極に接続される接地面と、接地面に接続された電極以外の電極に接続され、高周波信号を出力する信号源と、信号源と信号源に接続された電極との間に直列に配置され、素子内において金属で接続されていない２つの端子間の電気的結合または磁気的結合により信号源から出力された高周波信号を通過させる第１の素子と、接地面と接地面に接続された電極との間に直列に配置され、２つの端子の電気的結合により信号源から出力された高周波信号を接地面に出力する第２の素子とを備える。
　この発明によれば、小型な誘電加熱装置において、加熱対象から電極等通じて構成回路および接地面に熱が移動するのを抑制し、加熱効率が低下するのを抑制することができる。また、構成回路および接地面に熱が移動するのが抑制されるため、構成回路および信号源が高温状態となるのを回避することができる。
実施の形態１に係る発明の誘電加熱装置の構成図である。 実施の形態１に係る発明の誘電加熱装置のその他の構成例を示す図である。 実施の形態１に係る発明の誘電加熱装置のその他の構成例を示す図である。 実施の形態２に係る発明の誘電加熱装置の構成図である。 実施の形態２に係る発明の誘電加熱装置のその他の構成例を示す図である。 実施の形態３に係る発明の誘電加熱装置の構成図である。 実施の形態４に係る発明の誘電加熱装置の構成図である。 実施の形態１から実施の形態４に係る発明の誘電加熱装置のその他の構成図である。 実施の形態１から実施の形態４に係る発明の誘電加熱装置のその他の構成図である。
　以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る発明の誘電加熱装置１００の構成図である。
　誘電加熱装置１００は、誘電加熱電極１、信号源２、接地面３からなり、それぞれ不平衡線路路で接続された不平衡回路とする。
　誘電加熱電極１は、電極１０と、高周波信号のみを通過させ、熱移動を阻止する高周波通過断熱素子１１からなる。ここで高周波通過断熱素子１１は、２つの端子ｉと端子ｉｉの２つの端子を有している。端子ｉおよび端子ｉｉは、金属的に連続的な構造を持たず、端子ｉと端子ｉｉのそれぞれの導体同士が非接触な構造である。また、端子ｉと端子ｉｉの金属間に熱抵抗の高い断熱材を有することで熱移動を抑制する。一方、端子ｉと端子ｉｉは、金属による電気的な結合によって、高周波信号のみを通過させる。なお、２つの端子が金属的に連続でないため、直流成分は通過させないという特徴を有し、具体的なデバイスとしてはコンデンサ、トランスまたはカプラ等が挙げられる。
　ここでは簡単のため、端子ｉと端子ｉｉとの電気的な結合の結合度は十分に強く、端子ｉから入力された信号は減衰することなく全て端子ｉｉから出力され、端子ｉｉから入力された信号も減衰することなく端子ｉから出力されるものとする。また、端子ｉと端子ｉｉとの間の熱抵抗は非常に高く、端子ｉから入力した熱は端子ｉｉまで移動しない、端子ｉｉから入力した熱は端子ｉまで移動しないものとする。
　さらに、この実施の形態の説明では誘電加熱装置１００が小型の装置であると想定し、当該誘電加熱装置１００の中の最も面積の広く、また、電極１０ａ，１０ｂに対して十分広い面積の金属を接地面３とする。そのため、電極１０ａ，１０ｂおよび加熱対象Ｘの熱容量に対して、接地面３の熱容量の相対値は大きいものとする。一方、誘電加熱装置１００全体が小型であるため、接地面３の熱容量の絶対値は小さいものとする。接地面３は、適宜設定可能である．
　図１を参照し、誘電加熱装置１００の具体的な構成例について説明する。
　図１で示した誘電加熱装置１００は、２つの誘電加熱電極１ａ，１ｂ、信号源２および接地面３からなる。誘電加熱電極１ａは、電極１０ａと、高周波通過断熱素子（第１の素子）１１ａの端子ｉが金属の配線によって接続され、信号源２の一方と高周波通過断熱素子１１ａの端子ｉｉが金属の配線によって接続される。誘電加熱電極１ｂは、電極１０ｂと、高周波通過断熱素子（第２の素子）１１ｂの端子ｉが金属の配線によって接続され、高周波通過断熱素子１１ｂの端子ｉｉが接地面３と金属配線に接続される。信号源２の他方は、接地面３に接続される。
　信号源２をＯＮすると、信号源２から高周波信号が出力される。出力された高周波信号は、高周波通過断熱素子１１ａの端子ｉｉに入力される。高周波通過断熱素子１１ａは、端子ｉｉから入力された高周波信号を、端子ｉから減衰することなく出力する。端子ｉから出力された高周波信号は電極１０ａに伝達される。高周波通過断熱素子１１ｂは、電極１０ａおよび電極１０ｂを介して、端子ｉから入力された高周波信号を、端子ｉｉから出力する。
　一方、電極１０ａによって印加された電圧は加熱対象Ｘを加熱し、加熱された加熱対象Ｘの温度が上昇する。加熱対象Ｘの温度が上昇すると加熱対象Ｘで発生した熱が電極１０ａ，１０ｂに移動し、当該電極１０ａ，１０ｂが加熱される。電極１０ａ，１０ｂの熱は金属配線を通じ、高周波通過断熱素子１１ａ，１１ｂの端子ｉを加熱する。高周波通過断熱素子１１ａ，１１ｂは、端子ｉと端子ｉｉは電気的のみに結合しているため、端子ｉと端子ｉｉとの間の熱移動を抑圧し、端子ｉｉ側へ熱が移動しない。そのため、電極１０ａ，１０ｂおよび高周波通過断熱素子１１ａ，１１ｂが、加熱対象Ｘと同一温度になるまで加熱された時点で、加熱対象Ｘからの熱移動がなくなる。これにより、誘電加熱装置１００は、効率よく加熱対象Ｘを加熱することができる。
　仮に、誘電加熱装置１００に高周波通過断熱素子１１ａを設けない場合、加熱対象Ｘから電極１０ａに移動した熱は、信号源２を通じて、接地面３へ移動する。また、高周波通過断熱素子１１ｂを設けない場合、加熱対象Ｘから電極１０ｂに移動した熱は、直接、接地面３に移動する。接地面３は、加熱対象Ｘまたは誘電加熱装置１００の中の最も面積の広い金属であるため、加熱対象Ｘの熱容量に対して、接地面３の熱容量が大きいため、熱移動によって、加熱対象Ｘの熱が電極１０ａまたは電極１０ｂを介して接地面３へ移動することにより加熱効率が劣化する。特に、電極１０ａ，１０ｂおよび加熱対象Ｘが小型であればあるほど、より熱移動の影響が大きくなり、誘電加熱装置１００の加熱効率が劣化する。また、接地面３は誘電加熱装置１００内では最も広い金属であるものの、絶対値としての熱容量は大きくない。そのため、加熱対象Ｘの温度が１００℃以上の高温になる場合では、熱移動によって接地面３自身の温度も上昇する。接地面３の熱が信号源２に移動することで、誘電加熱装置１００全体の温度が上昇し、誘電加熱装置１００の寿命が劣化する。
　これに対して、実施の形態１に係る誘電加熱装置１００は、電極１０ａと信号源２に直列に高周波信号のみを通過させ、熱移動を阻止する高周波通過断熱素子１１ａを配置し、電極１０ｂと接地面３に直列に高周波通過断熱素子１１ｂを配置している。これにより、高周波の伝達を遮ることなく、信号源２および接地面３双方への熱移動を抑圧することができ、誘電加熱装置の加熱対象Ｘに対する加熱効率を高めることが可能となる。特に高周波通過断熱素子１１ａは、電極１０ａを介した信号源２への直接の熱移動を抑圧することで、信号源２の温度上昇を防ぐと共に、信号源２を介して接地面３への熱移動を防止する。また、高周波通過断熱素子１１ｂは電極１０ｂを介した接地面３への熱移動を抑圧することで、接地面３への熱移動を防止する。これにより、構成回路である信号源２の動作温度を低く保てるため、高温による劣化が抑制され誘電加熱装置１００の長寿命化が可能となる。
　なお、図１では２つの誘電加熱電極１ａ，１ｂを設ける場合を例に示したが、誘電加熱電極の配置数は２以上であれば適宜設定可能である。
　さらに、図２および図３を参照しながら、誘電加熱装置１００のその他の構成例について説明する。
　図２および図３は、実施の形態１に係る発明の誘電加熱装置のその他の構成例を示す図である。
　図２で示した誘電加熱装置１００Ａの高周波通過断熱素子１１ａ，１１ｂは、２つの金属間に熱抵抗が高く誘電率の高い誘電体を含む構成とし、断熱性能を向上させ、端子ｉと端子ｉｉの結合を強化し、高周波数通過減衰特性を向上させている。
　図２で示した高周波通過断熱素子１１ａ，１１ｂは、素子電極３０ａおよび素子電極３０ｂと、誘電体３２ａで構成する容量、またはカプラとし、素子電極３１ａおよび素子電極３１ｂと、誘電体３２ｂで構成する容量、またはカプラとしたものである。高周波通過断熱素子１１ａ，１１ｂは、端子ｉと素子電極３０ａ，３１ｂとが接続され、端子ｉｉと素子電極３１ａ，３０ｂとが接続される。素子電極３０ａ，３０ｂと素子電極３１ａ，３１ｂとで、誘電体３２ａ，３２ｂを挟む構造としている。
　図３で示した誘電加熱装置１００Ｂの高周波通過断熱素子１１ａ，１１ｂは、素子電極３０ａ，素子電極３０ｂおよび素子電極３１ａ，３１ｂを複数の突出部を有するくし型の電極構造とした場合を示している。くし型の電極構造は、素子電極３０ａの突出部と素子電極３１ａの突出部とが交互に嵌め合わされるように、素子電極３０ｂの突出部と素子電極３１ｂの突出部とが交互に嵌め合わされるように配置して構成する。高周波通過断熱素子１１ａ，１１ｂは、図３で示したくし型の電極構造とすることにより、電極面積を増やすことができる。これにより、素子電極３０ａと素子電極３１ａ、および素子電極３０ｂと素子電極３１ｂの電気的、または磁気的な結合が増えるため小型な高周波通過断熱素子１１を実現することが可能となる。
　図２および図３では、高周波通過断熱素子１１ａ，１１ｂがそれぞれ２つの素子電極３１ａ，３１ｂを備える構成を示したが、電極数は２以上であれば適宜設定可能である。
　以上のように、実施の形態１によれば、２以上の電極１０ａ，１０ｂと、任意の電極１０ｂに接続される接地面３と、接地面３に接続された電極以外の電極１０ａに接続され、高周波信号を出力する信号源２と、信号源２と信号源２に接続された電極１０ａとの間に直列に配置され、素子内において金属で接続されていない２つの端子間の電気的結合または磁気的結合により信号源２から出力された高周波信号を通過させる高周波通過断熱素子１１ａと、接地面３と接地面３に接続された電極２との間に直列に配置され、２つの端子ｉ，ｉｉの電気的結合により信号源２から出力された高周波信号を接地面３に出力する高周波通過断熱素子１１ｂとを備えるように構成したので、加熱対象から電極等通じて構成回路および接地面に熱が移動するのを抑制し、加熱効率が低下するのを抑制することができる。また、構成回路および接地面に熱が移動するのが抑制されるため、構成回路および信号源が高温状態となるのを回避することができ、高温による構成回路および信号源の劣化を抑制し、長寿命化を実現することができる。
実施の形態２．
　図４は、実施の形態２に係る発明の誘電加熱装置１００Ｃの構成図である。
　実施の形態２の誘電加熱装置１００Ｃは、実施の形態１で示した誘電加熱装置１００の信号源２をバッテリ２０、信号発生器２１および増幅器２２で構成している。
　なお、以下では、実施の形態１に係る発明の誘電加熱装置１００の構成要素と同一または相当する部分には、実施の形態１で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
　バッテリ２０は、プラス端子とマイナス端子を有し、プラス端子とマイナス端子間で一定の電圧を出力する。バッテリ２０で構成することにより、誘電加熱装置１００Ｃが小型化され、携帯可能となる。信号発生器２１は、高周波信号を発生させる。増幅器２２は信号発生器２１が発生させた高周波信号を所望の電力まで増幅させる。信号源２および増幅器２２は不平衡線路で接続されており、増幅器２２は高出力が可能な不平衡回路を想定している。
　信号発生器２１および増幅器２２は、プラス端子がバッテリ２０のプラス端子と接続され、マイナス端子がバッテリ２０のマイナス端子および接地面３に接続される。増幅器２２の出力は、高周波通過断熱素子１１ａの端子ｉｉに接続される。
　図５は、実施の形態１に係る誘電加熱装置のその他の構成例を示す図である。
　図５で示した誘電加熱装置１００Ｄは、図４で示した実施の形態２に係る発明の誘電加熱装置１００Ｃの信号源２をバッテリ２０、信号発生器２１および増幅器２２で構成した場合を示している。
　また、図示していないが、図３で示した実施の形態１に係る発明の誘電加熱装置１００Ｂの信号源２をバッテリ２０、信号発生器２１および増幅器２２で構成してもよい。
　図４および図５で示した構成により、誘電加熱装置１００Ｃを携帯することが可能な大きさまで小型化することができる。また、実施の形態１で述べたように接地面３は誘電加熱装置１００内では最も広い金属であるものの、絶対値としての熱容量は大きくない。そのため、加熱対象Ｘの温度が１００℃以上の高温になる場合では、熱移動によって接地面３自身の温度も上昇する。当該接地面３の熱が信号源２に移動することで、誘電加熱装置１００全体の温度が上昇するため、バッテリ２０の寿命が劣化するまたはバッテリ２０が変形する可能性がある。本実施の形態では、加熱対象Ｘから電極１０a、増幅器２２、または信号源２に接続された＋端子、または－端子を介したバッテリ２０への熱移動、または、電極１０ｂを介して接地面３を介したバッテリ２０への熱移動を抑制することができる。これにより、バッテリ２０の動作温度の上昇を抑制し、バッテリ２０が高温により劣化するのを抑制し、バッテリ２０の長寿命化を可能とする。
　以上のように、実施の形態２によれば、信号源２を、一定の電圧を出力するバッテリ２０と、バッテリ２０が出力した電圧に基づいて高周波信号を発生させる信号発生器２１と、信号発生器２１が発生させた高周波信号を増幅させる増幅器２２で構成した場合に、構成回路であるバッテリ、信号発生器および増幅器へ熱が移動するのを抑制することができる。これにより、バッテリ、信号発生器および増幅器の動作温度を低く保つことができ、バッテリ、信号発生器および増幅器が高温による性能の劣化、または構成回路およびバッテリが変形することを防止し、長寿命化を実現することができる。
実施の形態３．
　図６は、実施の形態３に係る発明の誘電加熱装置１００Ｄの構成図である。
　実施の形態３の誘電加熱装置１００Ｄは、高周波通過断熱素子１１ａおよび高周波通過断熱素子１１ｂが加熱対象Ｘを加熱する電極を兼ねる構造を有している。
　なお、以下では、実施の形態１に係る発明の誘電加熱装置１００Ａの構成要素と同一または相当する部分には、実施の形態１で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
　電極１０ａおよび電極１０ｂは、加熱対象Ｘを加熱する電極である。電極１０ａおよび電極１０ｂは、一部または全部を、高周波通過断熱素子１１ｃおよび高周波通過断熱素子１１ｄの電極と兼ねる構造を有している。図６は、電極１０ａおよび電極１０ｂの一部を高周波通過断熱素子１１ａおよび高周波通過断熱素子１１ｂの電極と兼ねる場合を示している。
　図６では、電極１０ａの一部に誘電体３２ａ（図２で示した素子電極３０ａを形成した面）を接触させて、素子電極３０ａが電極１０ａを兼ねる構成としている。また、当該接触させた面と対抗する面に素子電極３１ａを設けることにより、高周波通過断熱素子１１ｃを形成している。
　同様に、電極１０ｂの一部に誘電体３２ｂ（図２で示した素子電極３１ｂを形成した面）を接触させて、素子電極３１ｂが電極１０ｂを兼ねる構成としている。また、当該接触させた面と対抗する面に素子電極３０ｂを設けることにより、高周波通過断熱素子１１ｄを形成している。
　素子電極３１ａは、配線によって信号源２と接続される。素子電極３０ｂは、配線によって接地面３と接続される。
　図６で示した構成により、高周波通過断熱素子１１ｃと電極１０ａとの間の配線、および高周波通過断熱素子１１ｄと電極１０ｂとの間の配線が不要となり、加熱対象Ｘに触れる金属面の面積が抑制される。これにより、金属面から周辺環境４への熱移動５を抑制することができる。周辺環境４は、例えば周囲の構造物および空気である。熱移動５は、図６において電極１０ａから周辺環境４に延びる矢印、および電極１０ｂから周辺環境４に延びる矢印で示している。
　図示していないが、図３で示した実施の形態１に係る発明の誘電加熱装置１００Ｂの電極１０ａおよび電極１０ｂの一部または全部を、高周波通過断熱素子１１ａおよび高周波通過断熱素子１１ａの電極と兼ねる構造としてもよい。
　以上のように、この実施の形態３によれば、高周波通過断熱素子１１ｃは、２以上の素子電極から構成され、少なくとも一方の素子電極が、電極１０ａを兼ね、第２の素子は、２以上の素子電極から構成され、少なくとも一方の素子電極が、電極１０ｂを兼ねるように構成したので、高周波通過断熱素子１１ｃと電極１０ａとの間の配線、および高周波通過断熱素子１１ｄと電極１０ｂとの間の配線を削除することが可能となり、加熱対象に接触する金属の面積を狭く抑制することができる。また、金属面から周辺環境に移動する熱を低減することができ、誘電加熱装置の小型化を実現することができる。
実施の形態４．
　図７は、実施の形態４に係る誘電加熱装置１００Ｆの構成図である。
　実施の形態４の誘電加熱装置１００Ｆは、実施の形態３で示した誘電加熱装置１００Ｅの信号源２をバッテリ２０、信号発生器２１および増幅器２２で構成している。
　なお、以下では、実施の形態２に係る発明の誘電加熱装置１００Ｃの構成要素と同一または相当する部分には、実施の形態２で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。同様に、実施の形態３に係る発明の誘電加熱装置１００Ｄの構成要素と同一または相当する部分には、実施の形態３で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
　図示していないが、図３で示した実施の形態１に係る発明の誘電加熱装置１００Ｂの電極１０ａおよび電極１０ｂの一部または全部を、高周波通過断熱素子１１ａおよび高周波通過断熱素子１１ａの電極と兼ねる構造とし、信号源２をバッテリ２０、信号発生器２１および増幅器２２で構成してもよい。
　図７で示した構成により、高周波通過断熱素子１１ｃと電極１０ａとの間の配線、および高周波通過断熱素子１１ｄと電極１０ｂとの間の配線が不要となり、加熱対象Ｘに触れる金属面の面積が抑制される。これにより、金属面から周辺環境４への熱移動５を抑制することができる。
　また、図７で示した構成により、誘電加熱装置１００Ｆを小型化することができる。また、加熱対象Ｘからバッテリ２０への熱移動を抑制することができ、バッテリ２０の動作温度の上昇を抑制し、バッテリ２０が高温により劣化するのを抑制し、バッテリ２０の長寿命化を可能とする。
　以上のように、この実施の形態４によれば、信号源２を、一定の電圧を出力するバッテリ２０と、バッテリ２０が出力した電圧に基づいて高周波信号を発生させる信号発生器２１と、信号発生器２１が発生させた高周波信号を増幅させる増幅器２２で構成した場合に、構成回路であるバッテリ、信号発生器および増幅器へ熱が移動するのを抑制することができる。これにより、バッテリ、信号発生器および増幅器の動作温度を低く保つことができ、バッテリ、信号発生器および増幅器が高温により劣化するのを抑制し、長寿命化を実現することができる。
　また、この実施の形態４によれば、高周波通過断熱素子１１ｃは、２以上の素子電極から構成され、少なくとも一方の素子電極が、他方の電極１０ａを兼ね、第２の素子は、２以上の素子電極から構成され、少なくとも一方の素子電極が、一方の電極１０ｂを兼ねるように構成したので、高周波通過断熱素子１１ｃと電極１０ａとの間の配線、および高周波通過断熱素子１１ｄと電極１０ｂとの間の配線を削除することが可能となり、加熱対象に接触する金属の面積を狭く抑制することができる。また、金属面から周辺環境に移動する熱を低減することができ、誘電加熱装置の小型化を実現することができる。
　上述した実施の形態１から実施の形態４に係る発明の誘電加熱装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆは、誘電加熱電極が３つ以上であっても構成可能である。
　図８および図９は、実施の形態１から実施の形態４に係る発明の誘電加熱装置のその他の構成図である。
　図８では、図１で示した実施の形態１に係る発明の誘電加熱装置１００に対して、誘電加熱電極１ｃが追加された誘電加熱装置１００Ｇを例に示している。
　図９では、図１で示した実施の形態１に係る発明の誘電加熱装置１００に対して、誘電加熱電極１ｃ，１ｄが追加された誘電加熱装置１００Ｈを例に示している。
　上記以外にも、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
　この発明に係る発明の誘電加熱装置は、特に携帯可能な小型の加熱装置に適用するのが好ましい。
　１，１ａ，１ｂ　誘電加熱電極、２　信号源、３　接地面、４　周辺環境、５　熱移動、１０，１０ａ，１０ｂ　電極、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ　高周波通過断熱素子、３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂ　素子電極、２０　バッテリ、２１　信号発生器、２２　増幅器、３２ａ，３２ｂ　誘電体、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｈ　誘電加熱装置。

Claims (4)

  1. 　２以上の電極と、
    　任意の前記電極に接続される接地面と、
    　前記接地面に接続された電極以外の電極に接続され、高周波信号を出力する信号源と、
    　前記信号源と前記信号源に接続された電極との間に直列に配置され、素子内において金属で接続されていない２つの端子間の電気的結合または磁気的結合により前記信号源から出力された前記高周波信号を通過させる第１の素子と、
    　前記接地面と前記接地面に接続された電極との間に直列に配置され、２つの端子の電気的結合により前記信号源から出力された前記高周波信号を前記接地面に出力する第２の素子とを備えた誘電加熱装置。
  2. 　前記第１の素子は、素子内において金属で接続されていない２以上の素子電極から構成され、少なくとも一方の素子電極が、前記信号源に接続された電極を兼ね、
    　前記第２の素子は、２以上の素子電極から構成され、少なくとも一方の素子電極が、前記接地面に接続された電極を兼ねることを特徴とする請求項１記載の誘電加熱装置。
  3. 　前記信号源は、
    　一定の電圧を出力するバッテリと、
    　前記バッテリが出力した電圧に基づいて前記高周波信号を発生させる信号発生器と、
    　前記信号発生器が発生させた前記高周波信号を増幅させる増幅器とで構成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の誘電加熱装置。
  4. 　２以上の電極と、
    　高周波信号を出力する信号源と当該信号源に接続された電極との間に直列に配置され、素子内において金属で接続されていない２つの端子間の電気的結合または磁気的結合により前記信号源から出力された前記高周波信号を通過させる第１の素子と、
    　接地面と当該接地面に接続された電極との間に直列に配置され、２つの端子の電気的結合により前記信号源から出力された前記高周波信号を前記接地面に出力する第２の素子とを備えた誘電加熱電極。
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