JP3261188B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

高周波加熱装置

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JP3261188B2
JP3261188B2 JP00636293A JP636293A JP3261188B2 JP 3261188 B2 JP3261188 B2 JP 3261188B2 JP 00636293 A JP00636293 A JP 00636293A JP 636293 A JP636293 A JP 636293A JP 3261188 B2 JP3261188 B2 JP 3261188B2
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哲男 窪田
幸年 菅谷
達志 荒井
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株式会社日立ホームテック
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は方向性結合器の検出信号
に基づいてマグネトロンと加熱室のインピーダンス整合
を実現するようにした高周波加熱装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の高周波加熱装置として、
例えば特開昭57−23494号公報の発明のように、
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、伝送されるマイクロ波の管内波長の1/3の間隔で
かつマイクロ波の進行方向に沿って3本のインピーダン
ス調整棒を設置し、加熱室内に設置された食品毎にマグ
ネトロンの動作点がリーケ線図上の最大パワー領域に近
付くよう、駆動装置を用いてそれらインピーダンス調整
棒の管内突き出し量を制御するとともに、食品ごとの突
き出し量を記憶しておき、その記憶内容を食品に応じて
呼び出して用いることにより、加熱動作が最高の加熱効
率で行われるようにしたものが提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述従来例において
は、整合素子であるインピーダンス調整棒3本を管内波
長の1/3の間隔で導波管内に配置しなけれなならない
ため、そしてさらに3本のインピーダンス調整棒毎に駆
動装置を必要とするため、構造が複雑になってしまうと
いう問題があった。また、調整棒が導波管壁を貫通する
部分には漏洩電波対策を施さなければならないため、構
造がますます大形化してしまって、電子レンジのような
小形化の要求の強い高周波加熱装置に対しては適用しに
くいという問題があった。加えて、信頼性の低下や、大
幅なコストアップが避けられないという問題もあった。
【0004】そのほか、上述の従来例においては、個々
のインピーダンス調整棒を駆動制御して高周波加熱装置
としての整合をとるため、時間がかかり過ぎて電子レン
ジのような短時間のうちに加熱が完了する民生用の機器
においては実用的でないという問題があった。
【0005】また、食品のような負荷では、その誘電特
性が温度に依存するので、マイクロ波加熱の初期に整合
がとれていたとしても途中から整合状態が悪化して加熱
効率が低下してしまう問題があったが、上述のインピー
ダンス調整棒を駆動する大型装置にあっては、加熱動作
の途中で整合を取り直すことが行われてなかった。
【0006】なお、最適な整合をとるために3本の調整
棒を駆動調節している間は、反射電力量や位相が急激に
変化してマグネトロンの動作点が急変するため、マグネ
トロンのアノードが異常加熱を起す危険のほか、マグネ
トロンのアンテナ部や導波管内でスパークを発生するな
どの危険があった。
【0007】
【課題を解決するための手段】 本発明は上述した問題
を解決するためになされたものであり、食品を収納する
加熱室と、この加熱室の底部に設けられた食品受け皿
と、この受け皿に接続してこの受け皿を前記加熱室内の
所定の行程について移動させるとともにその移動行程中
の予め定められた複数の移動位置に関する情報を出力す
る受け皿移動装置と、マイクロ波を発振するマグネトロ
ンと、加熱室とこのマグネトロンを結合する導波管と、
マグネトロンを駆動する高周波電源装置と、導波管の一
壁の所定位置に取り付けられて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
ともにそれらの検出信号を出力する方向性結合器と、導
波管の一壁を貫通して設けられた整合素子支持軸と、導
波管内にてこの整合素子支持軸に接続して駆動されると
ともにその駆動により加熱室とマグネトロンのインピー
ダンス整合を調整する整合素子と、整合素子支持軸を所
定の行程について駆動するとともにその駆動行程中の予
め定められた複数の駆動位置に関する情報を出力する駆
動装置と、そして加熱の開始後まず受け皿移動装置を作
動させて受け皿を加熱室内の所定の行程について移動さ
せるとともにその移動行程中の予め定められた複数の移
動位置毎に方向性結合器の検出信号を取り込んで記憶し
た後それら記憶された検出信号群の中から移動装置の最
適停止位置を決定するために検出信号群の中の入射反射
信号より求められた電圧定在比が最小となるような前記
移動装置の回転角度を見出してその回転角度位置へ受け
皿移動装置を移動させるよう制御するとともにそれに続
けて駆動装置を作動させるとともにその作動行程中の予
め定められた複数の駆動位置毎に方向性結合器の検出信
号を取り込んで記憶した後それら記憶された検出信号群
の中から駆動装置の最適停止位置を決定するために検出
信号群の中の入射反射信号より求められた電圧定在比が
最小となるような前記駆動装置の回転角度を見出してそ
回転角度位置へ整合素子支持軸を駆動するよう駆動装
置を制御するほか高周波電源装置を制御する制御装置と
で高周波加熱装置を構成する。
【0008】また、制御装置が方向性結合器を通じて受
け皿移動装置および駆動装置のそれぞれの複数の位置毎
に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している間は、制御装置はマグネト
ロンの出力が比較的低出力となるよう高周波電源装置を
制御する高周波電源装置を制御するようにした。
【0009】
【作用】加熱が開始されると、制御装置は受け皿移動装
置を制御して受け皿を加熱室内の所定の行程について移
動させるとともに、その移動行程の予め定められた複数
の移動における方向性結合器の出力信号を取り込み、そ
れらを記憶する。制御装置はそれら記憶された信号群の
中からマグネトロンと加熱室が最良の結合状態であると
判断される検出信号つまりインピーダンス整合の取れて
いると判断される検出信号を一つ見出し、その検出信号
の検出された移動位置を確認してその位置へ受け皿移動
装置を制御する。
【0010】引き続き制御装置は駆動装置を制御して整
合素子支持軸を所定の行程について回転動作等移動する
よう駆動するとともに、その駆動行程の予め定められた
複数の駆動位置における方向性結合器の出力信号を取り
込み、それらを記憶する。制御装置はそれら記憶された
信号群の中からマグネトロンと加熱室が最良の結合状態
であると判断される検出信号つまりインピーダンス整合
の取れていると判断される検出信号を一つ見出し、その
検出信号の検出された駆動位置を確認してその位置へ駆
動装置を制御し、その位置で整合素子支持軸が固定され
るようにする。
【0011】このように受け皿移動装置と駆動装置によ
る整合の超瀬値が終了すると、制御装置は所定の時間だ
け高周波電源装置を制御する。
【0012】なお、制御装置が方向性結合器を通じて受
け皿移動装置および駆動装置のそれぞれの複数の位置毎
に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している間は、制御装置はマグネト
ロンの出力が比較的低出力となるよう高周波電源装置を
制御し、整合調節中にマグネトロンが反射波によって破
損しないようにする。
【0013】
【実施例】本発明の一実施例を図1から図5を用いて説
明する。1は金属製の加熱室で、2はこの加熱室1の天
井壁に開設された高周波給電口である。3はマグネトロ
ンで、4はこのマグネトロン3を駆動する高周波電源装
置、5はこのマグネトロン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とを結合する導波管である。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、導
波管5の長辺のほぼ中央の管内天井部においてマイクロ
波にさらされるように取り付けられたものである。7は
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
る導体ループ部、8はこの導体ループ部7で結合したマ
イクロ波電力に関する信号を伝送するマイクロストリッ
プ線路で、このうち8aは導波管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、8bは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である。9はこのマイ
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処理回路部であ
る。10は単一の導体のスタブで作られたインピーダン
ス整合素子で、図3と図4からわかるよう円板形状のも
のであり、導波管内にて回転駆動されることにより加熱
室1とマグネトロンのインピーダンス整合を取るための
ものである。そしてその外径寸法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にしたもので
ある。11は整合素子10の下面外周部位に設けられた
突起部である。この整合素子10は導波管5の天井部に
図5に示すように取り付けられている。12は導波管5
を貫通するとともに導波管内においてその下端に整合素
子10を接続した金属製または誘電体損失の少ないセラ
ミックス製の整合素子支持軸である。13はこの整合素
子支持軸12を回転駆動して整合素子10の回転角度を
制御するステッピングモータ等の駆動装置である。14
は導波管5を貫通する整合素子支持軸12を通じて導波
管5内のマイクロ波が漏洩しないように設けられたチョ
ーク構造であり、15は高周波給電口2から導波管5内
へ異物が侵入しないよう高周波給電口2を封口するマイ
クロ波低損失材料で作られた封口板、16は食品、17
はその受け皿、18はこの受け皿17に接続してこの受
け皿17を加熱室1内にて所定の回転行程について回転
移動させるとともにその回転移動行程中の予め定められ
た複数の回転角度位置に関する情報を出力するターンテ
ーブル式の受け皿移動装置であり、19は上述方向性結
合器6、駆動装置13および受け皿移動装置18の出力
信号をそれぞれ取り込んで、受け皿移動装置18および
駆動装置13の最適停止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う制御装置である。
【0014】このように構成されたものにおいて、加熱
室1内底部の受け皿17上に食品16が設置され、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1
6の誘電加熱を開始する。
【0015】すると、制御装置19はまず受け皿移動装
置18を制御して180度即ち1/2回転という所定の
行程について回転移動させるとともに、その回転移動行
程中の予め定められた複数の移動位置(回転角度)にお
いて方向性結合器6の入射反射各出力信号を取り込み、
各回転移動位置毎の電圧定在波比(VSWR)の値とし
てそれらを記憶する。制御装置19はそれら記憶された
信号群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一つ(電圧定在波比
の最小値)見出し、それが検出された回転角度位置つま
り受け皿移動装置18の移動位置を確認し、その移動位
置へ受け皿移動装置18を移動させ、それで固定する。
【0016】制御装置19はこの後駆動装置13を制御
して整合素子支持軸12を180度即ち1/2回転とい
う所定の行程について回転駆動するとともに、その回転
駆動行程中の予め定められた複数の駆動位置(回転角
度)において方向性結合器6の入射反射各出力信号を取
り込み、各回転駆動位置毎の電圧定在波比(VSWR)
の値としてそれらを記憶する。制御装置19はそれら記
憶された信号群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一つ(電圧
定在波比の最小値)見出し、それが検出された整合素子
支持軸12の回転角度位置つまり駆動装置13の駆動位
置を確認し、その駆動位置で整合素子支持軸12が停止
固定されるよう駆動装置13を制御する。
【0017】それにより、加熱室1内に収納されている
食品16に対して最良の整合状態が確保されることとな
り、制御装置19は所定の時間高周波電源装置4を駆動
制御して加熱調理を完結させることになる。
【0018】また、受け皿移動装置18および整合素子
10の駆動調整時にマグネトロン3の異常加熱やスパー
ク発生等の重大事故が発生しないよう、その間にはマグ
ネトロン3の出力を比較的に低出力に制御して、安全を
図っている。
【0019】なお、以上の説明では、整合素子支持軸1
2を回転駆動する場合についてのみ説明したが、それに
さらに導波管5内への突き出し量を制御するようにする
と、より一層きめの細かい制御を行うことが可能にな
る。
【0020】
【発明の効果】以上本発明によれば、受け皿移動装置の
駆動によりマグネトロンと加熱室が最良の結合状態とな
る食品位置を決定した後、次ぎに整合素子を駆動してマ
グネトロンと加熱室が更に良好な結合状態となる整合素
子の状態を決定するようにしたので、マグネトロンの発
振動作点を最も整合の取れた最高効率動作点に設定する
ことができ、能率の良い高周波加熱を行うことができる
ようになった。
【0021】また、受け皿移動装置と整合素子の駆動調
整を、マグネトロン出力を比較的に低出力にして行うよ
うにしたので、受け皿移動装置と整合素子の駆動調整中
にマグネトロンの異常加熱やスパーク発生等起すことが
なくなり、安全性を高めることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の概念構成図である。
【図2】本発明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】本発明に用いられる整合素子の斜視図である。
【図4】本発明に用いられる整合素子の断面図である。
【図5】図1における整合素子取付部の要部概略断面図
である。
【符号の説明】
1 加熱室 3 マグネトロン 4 高周波電源装置 5 導波管 6 方向性結合器 7 導体ループ部 8 マイクロストリップ線路 9 処理回路部 10 整合素子 11 突起部 12 整合素子支持具 13 駆動装置 14 チョーク構造 16 食品 17 受け皿 18 受け皿移動装置 19 制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−202202(JP,A) 特開 昭57−174889(JP,A) 特開 昭53−56737(JP,A) 特開 平6−111932(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05B 6/66 - 6/74 F24C 7/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 食品(17)を収納する加熱室(1)
    と、この加熱室の底部に設けられた食品受け皿(17)
    と、この受け皿に接続してこの受け皿を前記加熱室内の
    所定の行程について移動させるとともにその移動行程中
    の予め定められた複数の移動位置に関する情報を出力す
    る受け皿移動装置(18)と、マイクロ波を発振するマ
    グネトロン(3)と、前記加熱室とこのマグネトロンを
    結合する導波管(5)と、前記マグネトロンを駆動する
    高周波電源装置(4)と、前記導波管の一壁の所定位置
    に取り付けられて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ともにそ
    れらの検出信号を出力する方向性結合器(6)と、前記
    導波管の一壁を貫通して設けられた整合素子支持軸(1
    2)と、前記導波管内にてこの整合素子支持軸に接続し
    て駆動されるとともにその駆動により前記加熱室と前記
    マグネトロンのインピーダンス整合を調整する整合素子
    (10)と、前記整合素子支持軸を所定の行程について
    駆動するとともにその駆動行程中の予め定められた複数
    の駆動位置に関する情報を出力する駆動装置(13)
    と、そして加熱の開始後まず前記受け皿移動装置を作動
    させて前記受け皿を前記加熱室内の所定の行程について
    移動させるとともにその移動行程中の予め定められた複
    数の移動位置毎に前記方向性結合器の検出信号を取り込
    んで記憶した後それら記憶された検出信号群の中から前
    記移動装置の最適停止位置を決定するために前記検出信
    号群の中の入射反射信号より求められた電圧定在比が最
    小となるような前記移動装置の回転角度を見出してその
    回転角度位置へ前記受け皿移動装置を移動させるよう制
    御するとともにそれに続けて前記駆動装置を作動させる
    とともにその作動行程中の予め定められた複数の駆動位
    置毎に前記方向性結合器の検出信号を取り込んで記憶し
    た後それら記憶された検出信号群の中から前記駆動装置
    の最適停止位置を決定するために前記検出信号群の中の
    入射反射信号より求められた電圧定在比が最小となるよ
    うな前記駆動装置の回転角度を見出してその回転角度位
    へ前記整合素子支持軸を駆動するよう前記駆動装置を
    制御するほか前記高周波電源装置を制御する制御装置
    (15)とで構成された高周波加熱装置。
  2. 【請求項2】 前記制御装置が前記方向性結合器を通じ
    て前記受け皿移動装置および前記駆動装置のそれぞれの
    複数の位置毎に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している間は、前
    記制御装置は前記マグネトロンの出力が比較的低出力と
    なるよう前記高周波電源装置を制御することを特徴とす
    る請求項1記載の高周波加熱装置。
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