JPH0521152A - 電子レンジ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷に応じてマグネトロンとオーブン庫内の
負荷とのインピーダンス整合を行う。 【構成】 電界センサ１１からの出力に応じて、導波管
１３の開口部１４に位置する誘電体１５をサーボモータ
１６でスライドさせる。誘電体１５の開口部１４への突
出量を調整することにより導波管１３からオーブン庫１
０内に入射するマイクロ波の位相を調整する。 【効果】 誘電体の摺動部分からの放電を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マグネトロンと食品負
荷との間でインピーダンス整合を行って加熱する電子レ
ンジに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子レンジで加熱される食品負荷は、そ
の質量に大きなバリエーションがある。すべての負荷に
対してマイクロ波電力が効率良く吸収され加熱されるた
めには、マイクロ波発振管であるマグネトロンと負荷と
の間で最適なインピーダンス整合が行われていなければ
ならない。負荷変動に応じ最適なインピーダンス整合を
行うために、負荷の状態を検出するためのマイクロ波電
界センサからの信号レベルに応じてオーブンインピーダ
ンスを変化させる。

【０００３】オーブン庫内のマイクロ波電界モードを検
知する手段としては、オーブン壁面に装着した電界セン
サ、またはオーブン壁面に設けた小さい開口からのマイ
クロ波漏洩電界を検知する電界センサが公知にされてい
る。

【０００４】また、オーブンインピーダンス整合を食品
負荷量により調整する手段としては、マグネトロンとオ
ーブン間の導波管内の電界モードを変化させるために、
導波管内のスタブを移動させたり、導波管長を変化させ
たり、導波管開口形状を変化させる手法が公知にされて
いる。

【０００５】ここで、導波管長を変化させる手法の従来
例として、図１３の如く、導波管１の端面に摺動短絡板
２を設け、これをサーボモータ３で駆動することによ
り、導波管長を可変できるようにしている。なお、図
中、４は摺動ロッド、５は開口部、６は開口部カバー、
７はオーブン庫壁である。

【０００６】また、導波管開口形状を変化させる方法と
して、導波管の開口部近傍に金属板を導波管とギャップ
を設けて配し、金属板を移動させることにより開口部の
形状を変えて、オーブン庫内に照射されるマイクロ波を
調整している。

【０００７】このような能動的インピーダンス整合シテ
スムは、電界センサによりオーブン庫内のマイクロ波電
界モードを監視すべく、オーブンインピーダンスを電界
センサからの信号にともない能動的に変化させ、庫内負
荷量の大小にかかわらずマグネトロンの最適動作条件を
維持し、効率良く食品負荷が加熱できるように配慮され
たシステムである。

【０００８】ところが、能動的インピーダンス整合調整
機能の負荷されていない一般的な電子レンジでは、水負
荷が２ｌ〜１ｌのごとく比較的大きい負荷のとき、マグ
ネトロンのマイクロ波発振効率が最適となるようにオー
ブン、導波管の構造設計を行い、さらに、食品実負荷が
水負荷１００cc〜５００cc相当の軽負荷になった場合で
も、マグネトロンとオーブンとのインピーダンス整合
が、マグネトロンに動作上の悪影響を及ぼさない程度の
条件となるように、導波管開口形状、スタブ設置位置等
の配慮を行っていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、オーブン
インピーダンスを変化させる手法として、マグネトロン
とオーブン負荷との間に位置する導波管に対して、イン
ピーダンス変化が得られるように可動部分を設けること
が効果的であるが、マイクロ波パワーの通過場所である
がために、金属摺動部分における放電、またギャップか
らのマイクロ波電波漏洩等の問題が発生しやすい。

【００１０】例えば、図１３に示したように、摺動短絡
板採用の場合、導波管の上下面を金属接触させておく必
要があるが、電子レンジのようにマイクロ波電力が大き
く使用頻度も高い商品においては、接触面の劣化に伴う
金属間ギャップでの放電がおおいに懸念され、実用にな
らない。

【００１１】また、金属板で開口部の形状を変化させる
場合、組み立ての精度等により金属板と導波管とが接触
して放電したり、ギャップが必要なためマイクロ波の漏
洩が発生する。

【００１２】本発明は、上記に鑑み、食品負荷の変動に
応じて最適なインピーダンス整合を行うことができる電
子レンジの提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による課題解決手
段は、図１〜図３の如く、オーブン庫１０内の負荷によ
るマイクロ波電界モードを検出する電界センサ１１と、
マグネトロン１２の導波管１３の開口部１４を開閉する
誘電体１５と、前記開口部１４の開閉量を調整するよう
前記誘電体１５を移動させる移動装置１６と、前記電界
センサ１１の出力レベルに応じた前記移動装置１６の駆
動によりマイクロ波の位相を調整してマグネトロン１２
と負荷との間でインピーダンス整合を行う負荷整合装置
１７とが設けられたものである。

【００１４】そして、負荷整合装置１７は、電界センサ
１１の出力から単位時間当たりの平均値を演算する平均
値算出手段１８と、この平均値を負荷に応じた所定の負
荷検知レベルと比較する比較手段１９ａ，１９ｂと、該
比較手段１９ａ，１９ｂによる比較結果で平均値が負荷
検知レベルを下回るように開口部１４を閉じる方向に移
動装置１６を駆動させる整合手段２０と、平均値が無負
荷時の負荷検知レベルを常に越える場合にはマグネトロ
ン１２を停止させる停止手段２１とを有せしめられてい
る。

【００１５】また、誘電体１５は、導波管１３の開口部
１４近傍に配設された収納部５３に摺動自在に支持され
ている。

【００１６】

【作用】上記課題解決手段において、オーブン庫１０内
のマイクロ波電界モードを電界センサ１１で検出して、
負荷整合装置１７に入力する。電界センサ出力はレベル
変動が激しく、そのままの値を演算処理すると誤差が大
きくなるため、平均値算出手段１８により複数の読み取
りデータを一単位とした平均レベルを演算処理し、これ
を電界センサ出力の単位平均値とする。

【００１７】そして、第一比較手段１９ａにより単位平
均値と無負荷検知レベルとを比較する。電界センサ単位
平均値が常に無負荷検知レベルを越える場合、無負荷運
転動作であると判断し、停止手段２１によりマグネトロ
ン１２への電源供給を断ち、電子レンジの動作を停止す
る。

【００１８】電子センサレベルが無負荷検知レベルを交
互に交差する場合、オーブン負荷が軽負荷であると判断
し、整合手段２０により移動装置１６を駆動し、誘電体
１５を開口部１４の方向に移動させる。すると、誘電体
１５が開口部１４に突出して、開口部１４を通過するマ
イクロ波の波長が変化して、位相が変わる。これに伴っ
て、オーブン庫１０内に入射するマイクロ波モードが変
化して、軽負荷に対するインピーダンス整合が適切にな
ると、負荷によるマイクロ波吸収量が増加し、逆に電界
センサ単位平均値が下がる。

【００１９】この後、再び電界センサ１１の出力に基づ
いて第二比較手段１９ｂにより同じように比較を行つ
て、誘電体１５により開口部１４の開閉量を調整して、
負荷に応じたインピーダンス整合を行う。

【００２０】

【実施例】図１は本発明の実施例を示す電子レンジの導
波管開口部の断面図、図２は同じくその平面図、図３は
負荷整合装置の機能ブロック図、図４は電子レンジの斜
視図、図５は電子レンジの回路図、図６は電子レンジの
外箱を外した状態の斜視図、図７は電子レンジの断面
図、図８は電界センサの出力とその読み込みタイミング
を示す図、図９は負荷に応じた電界センサ出力から得ら
れる出力平均値を示す図、図１０は軽負荷時におけるイ
ンピーダンス整合を行ったときの電界センサの出力平均
値を示す図、図１１はマグネトロンから見たオーブン負
荷のインピーダンスを表すリーケ線図、図１２は負荷量
とオーブン負荷効率の関係を示す図である。

【００２１】本実施例の電子レンジは、オーブン庫１０
内の食品負荷によるマイクロ波電界モードを検出する電
界センサ１１と、マグネトロン１２の導波管１３の開口
部１４を開閉する誘電体１５と、前記開口部１４の開閉
量を調整するよう前記誘電体１５を移動させる移動装置
１６と、前記電界センサ１１の出力レベルに応じた前記
移動装置１６の駆動によりマイクロ波の位相を調整して
マグネトロン１２と負荷との間でインピーダンス整合を
行う負荷整合装置１７とが設けられている。

【００２２】そして、該負荷整合装置１７は、電界セン
サ１１の出力から単位時間当たりの平均値を演算する平
均値算出手段１８と、この平均値を無負荷時の無負荷検
知レベルと比較する第一比較手段１９ａと、軽負荷時
（１００cc水負荷）の軽負荷検知レベルと比較する第二
比較手段１９ｂと、これらの比較結果により平均値が負
荷検知レベルを下回るように開口部１４を閉じる方向に
移動装置１６を駆動させる整合手段２０と、平均値が無
負荷時の負荷検知レベルを常に越える場合にはマグネト
ロン１２を停止させる停止手段２１とを有せしめられて
いる。

【００２３】電子レンジは、図４の如く、オーブン庫１
０が形成されたレンジ本体２２と、レンジ本体２２を覆
う金属製外箱２３とからなり、レンジ本体２２にマグネ
トロン１２およびトランス２４等が内装されている。図
中、２５はドア、２６はターンテーブルトレイ、２７は
操作パネルである。

【００２４】そして、電子レンジを作動させるための電
気回路を図５に示す。３０は電源、３１はコントロール
ユニット、３２はオーブンランプ、３３はファンモー
タ、３４はドア開閉検知スイッチ、３５は温度プロー
ブ、３６はスリッピングコネクタ、３７は安全スイッチ
としてのモニタースイッチ、３８はドアの開閉によりオ
ンオフするドアスイッチ、３９は高圧コンデンサ、４０
は高圧ダイオードである。

【００２５】また、前記コントロールユニット３１内に
は、低電圧変換用のトランス４２、スタートスイツチに
連動されたリレー４３，４４、前記負荷整合装置１７を
備えたＬＳＩ等が内装されており、前記電界センサ１１
および移動装置１６としてのサーボモータが接続されて
いる。

【００２６】前記電界センサ１１は、図６の如く、食品
負荷のマイクロ波電界反射成分の大小が最も効果的に検
知できるようにオーブン庫１０の上壁面に配置され、導
波管１３も同一面に配置されている。

【００２７】そして、図７の如く、導波管１３の開口部
１４がオーブン庫１０の上壁１０ａに形成され、耐熱樹
脂製のカバー５０で覆われている。なお、図中、５１は
アンテナ、５２はターンテーブルモータである。

【００２８】前記誘電体１５は、図１，２の如く、シリ
コン結合マイカ板、あるいはセラミック板等の耐熱性絶
縁材料で形成された平板からなり、導波管１３の開口部
１４近傍に配設された収納部５３に出入自在に支持され
ている。

【００２９】前記収納部５３は、導波管１３の開口部１
４側の一端が延設されたもので、収納部５３の上壁およ
びオーブン庫１０の上壁１０ａに互いに対向した突起５
４ａ，５４ｂが形成され、この間を前記誘電体１５が摺
動可能とされる。また、収納部５３の上壁には、誘電体
１５の摺動方向にスリット５５が形成されている。

【００３０】そして、誘電体１５の開口部１４とは反対
側端部に、摺動ガイド５６がねじ止めされており、該摺
動ガイド５６の上部が前記スリット５５から収納部５３
の外部に突出されている。

【００３１】この摺動ガイド５６の上部には、サーボモ
ータ１６のサーボモータ軸１６ａに連結された摺動ロッ
ド５７が互いのネジ山を介して貫通されており、摺動ロ
ッド５７の一端が支持片５８により回転自在に支持され
ている。そして、サーボモータ軸１６ａが回転すること
により摺動ロッド５７が回転して、摺動ガイド５６およ
び誘電体１５がオーブン庫１０の上壁１０ａに沿って移
動される。

【００３２】上記構成において、ドア２５を閉めてスイ
ッチを押すと、マグネトロン１２に高圧電源が供給さ
れ、マイクロ波を発生する。そして、アンテナ５１から
マイクロ波が発射され、導波管１３を通って、開口部１
４からオーブン庫１０に照射される。

【００３３】このときのオーブン庫１０内のマイクロ波
電界モードを電界センサ１１で検出して、負荷整合装置
１７に入力する。ここで、マグネトロン１２の高圧電源
が半波倍電圧整流であることより、電界センサ１１の検
波出力は商用電源周波数の半波タイミングに同期してい
る。この電界センサ出力は図８の上段に示すようにな
り、この出力のピーク値を得るべく、コントロールユニ
ット３１の負荷整合装置１７のレベル読み込みタイミン
グは図８の下段のようになる。

【００３４】なお、電源同期したそれぞれの電界センサ
出力はレベル変動が激しく、そのままの値を演算処理す
ると誤差が大きくなるため、平均値算出手段１８により
１０〜１６の読み取りデータを一単位とした平均レベル
を演算処理し、これを電界センサ出力の単位平均値とす
る。

【００３５】そして、オーブン庫内負荷が２０００cc水
負荷、１００cc水負荷（軽負荷）、および無負荷のとき
における電界センサの単位平均出力レベルは図９のよう
になり、ターンテーブルトレイ回転に伴ってレベル変動
が生じているのがわかる。

【００３６】ここで得られた電界センサ単位平均値に基
づいて、マグネトロン１２とオーブン庫１０内の負荷と
のインピーダンス整合を行う。

【００３７】すなわち、図１０に示すように、負荷整合
装置１７では、オーブン庫内負荷が１００cc水負荷にお
ける負荷整合装置１７の論理演算上の無負荷検知レベル
と軽負荷検知レベルとが設定されている。

【００３８】そして、第一比較手段１９ａにより単位平
均値と無負荷検知レベルとを比較する。電界センサ単位
平均値が常に無負荷検知レベルを越える場合、無負荷運
転動作であると判断し、停止手段２１によりマグネトロ
ン１２への電源供給を断ち、電子レンジの動作を停止す
る。

【００３９】電界センサレベルが無負荷検知レベルを交
互に交差する場合、オーブン負荷が軽負荷であると判断
し、整合手段２０によりインピーダンス整合用のサーボ
モータ１６を駆動し、誘電体１５を開口部１４の方向に
移動させる。すると、誘電体１５が開口部１４に突出し
て、開口部１４を通過するマイクロ波の誘電体中の波長
が変化して位相が変わる。これに伴ってマイクロ波同士
が干渉し合って、オーブン庫１０内に入射するマイクロ
波モードが変化して、軽負荷に対するインピーダンス整
合が適切になると、負荷によるマイクロ波吸収量が増加
し、逆に電界センサ単位平均値が下がる。

【００４０】この後、再び電界センサ１１の出力に基づ
いて第二比較手段１９ｂにより比較を行つて、電界セン
サ単位平均出力が軽負荷検知レベルを交互に交差すると
き、整合手段２０によりそのデューティ比を求めて、電
界センサ単位平均出力が軽負荷検出レベルを下回るタイ
ミングが大きくなるように、サーボモータ１６を駆動し
て、誘電体１５が開口部１４を狭くするように調整す
る。

【００４１】また、オーブン庫内食品負荷が比較的大き
く、電子レンジ運転開始時点から電界センサ単位平均出
力レベルが軽負荷検知レベルを交互に交差する場合、軽
負荷検知レベルを上回るタイミングが小さくなるように
デューティ比を調整すべく、サーボモータ１６をコント
ロールする。オーブン庫内食品負荷が十分大きい場合に
は、軽負荷検知レベルを常に下回ることになり、サーボ
モータ１６による調整は行われず、誘電体１５は収納部
５３に入ったままになっている。

【００４２】このように、導波管１３の開口部１４はオ
ーブン庫内へのマイクロ波電力の給電箇所であり、その
形状はマイクロ波開口アンテナとしてオーブン庫内負荷
とのインピーダンス整合に大いに影響する。

【００４３】マグネトロンアンテナ５１から観測される
オーブンインピーダンスをリーケ線図で示すと、図１１
のようになり、庫内の負荷条件によりマグネトロンの動
作モードが変動することが分かる。すなわち、このリー
ケ線図中Ａ領域は、一般的マグネトロンの等出力線のう
ち、最もマグネトロン出力が高く取り出せるインピーダ
ンス領域であり、２０００cc水負荷がオーブン庫内負荷
となっているときのオーブン構造設計の目標となる。１
００cc水負荷がオーブン庫内負荷として置き換わると、
経験的にＢ領域にインピーダンスが変移する。このＢ領
域では、定在波比（Ｖ．Ｓ．Ｗ．Ｒ）も４〜５と大きく
なっており、マグネトロン動作特性上も高出力動作は期
待できない。

【００４４】そこで、導波管１３の開口部１４に負荷整
合装置１７により誘電体１５を位置させると、マグネト
ロンとオーブンの間にリアクタンス成分が挿入されるこ
とになり、軽負荷時のマグネトロン動作領域が移動し
（Ｃ領域）、リーケ線図のリアクタンス曲線に沿って定
在波比（Ｖ．Ｓ．Ｗ．Ｒ）がより小さくなるように調整
できる。したがって、マグネトロンの高出力動作領域に
近付くことになり、インピーダンス整合の改善となる。

【００４５】また、図１２に２０００cc水負荷時のマイ
クロ波出力を１００％とした場合の本発明における負荷
整合装置による出力低減の状態を示す。これによると、
インピーダンスを固定した場合に比べて、本実施例の如
く能動インピーダンス整合を行うことにより、食品負荷
が少ない場合でもマグネトロン動作効率を高く維持でき
る。そのため、電子レンジとしての軽負荷運転時の出力
アップが達成でき、省エネルギーとなる。

【００４６】以上のように、電界センサ１１の出力に応
じて誘電体１５の移動量を制御することにより、導波管
１３の開口部１４の開閉量を変化させ、開口部１４を通
過するマイクロ波の位相を調整して、負荷変動に応じた
最適なインピーダンス整合を行うことができる。

【００４７】しかも、誘電体１５は熱に強い強電界絶縁
板であるため、摺動部分における放電は発生しない。ま
た、誘電体１５を金属製の収納部５３の中に接触させて
収納しているので、マイクロ波トラップとなり電波漏洩
も発生しない。

【００４８】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修
正および変更を加え得ることは勿論である。

【００４９】例えば、移動装置１６として、サーボモー
タとギアの組み合わせ、シンクロナスモータとカム機構
の組み合わせ、形状記憶合金を採用する方法等でもよ
い。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よると、電界センサの出力に応じて負荷整合装置により
誘電体の移動量を制御して、導波管の開口部を通過する
マイクロ波の位相を調整できるので、負荷変動に応じた
マグネトロンと負荷との間の最適なインピーダンス整合
を行うことができる。

【００５１】したがって、インピーダンスを固定した場
合に比べて、負荷が少ない場合でもマグネトロン動作効
率を高く維持できる。そのため、電子レンジとしての軽
負荷運転時の出力アップが達成でき、省エネルギーとな
る。

【００５２】また、誘電体は絶縁板であるため、摺動部
分における放電は発生しない。しかも、誘電体を収納部
に摺動可能に収納しているので、マイクロ波トラップと
なり電波漏洩も発生しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施例を示す電子レンジの導波
管開口部の断面図である。

【図２】図２は同じくその平面図である。

【図３】図３は負荷整合装置の機能ブロック図である。

【図４】図４は電子レンジの斜視図である。

【図５】図５は電子レンジの回路図である。

【図６】図６は電子レンジの外箱を外した状態の斜視図
である。

【図７】図７は電子レンジの断面図である。

【図８】図８は電界センサの出力とその読み込みタイミ
ングを示す図である。

【図９】図９は負荷に応じた電界センサ出力から得られ
る出力平均値を示す図である。

【図１０】図１０は軽負荷時におけるインピーダンス整
合を行ったときの電界センサの出力平均値を示す図であ
る。

【図１１】図１１はマグネトロンから見たオーブン負荷
のインピーダンスを表すリーケ線図である。

【図１２】図１２は負荷量とオーブン負荷効率の関係を
示す図である。

【図１３】図１３は従来の電子レンジにおける導波管長
を変化させる方法の構成図である。

【符号の説明】

１０ オーブン庫 １１ 電界センサ １２ マグネトロン １３ 導波管 １４ 開口部 １５ 誘電体 １６ 移動装置 １７ 負荷整合装置 １８ 平均値算出手段 １９ａ，１９ｂ 比較手段 ２０ 整合手段 ２１ 停止手段 ５３ 収納部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オーブン庫内の負荷によるマイクロ波電
   界モードを検出する電界センサと、マグネトロンの導波
   管の開口部を開閉する誘電体と、前記開口部の開閉量を
   調整するよう前記誘電体を移動させる移動装置と、前記
   電界センサの出力レベルに応じた前記移動装置の駆動に
   よりマイクロ波の位相を調整してマグネトロンと負荷と
   の間でインピーダンス整合を行う負荷整合装置とが設け
   られたことを特徴とする電子レンジ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の負荷整合装置は、電界セ
   ンサの出力から単位時間当たりの平均値を演算する平均
   値算出手段と、この平均値を負荷に応じた所定の負荷検
   知レベルと比較する比較手段と、該比較手段による比較
   結果で平均値が負荷検知レベルを下回るように開口部を
   閉じる方向に移動装置を駆動させる整合手段と、平均値
   が無負荷時の負荷検知レベルを常に越える場合にはマグ
   ネトロンを停止させる停止手段とを有せしめられことを
   特徴とする電子レンジ。
3. 【請求項３】 請求項１記載の誘電体は、導波管の開口
   部近傍に配設された収納部に摺動自在に支持されたこと
   を特徴とする電子レンジ。