JPH05273273A

JPH05273273A - マイクロ波センサ

Info

Publication number: JPH05273273A
Application number: JP4100348A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Hirama; 昌弘平間; Sakae Mori; 栄森; Masami Koshimura; 正己越村
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1992-03-26
Filing date: 1992-03-26
Publication date: 1993-10-22

Abstract

(57)【要約】【目的】被加熱物に吸収されるマイクロ波のエネル
ギ量を直接かつ簡便に検出することができ、電波吸収効
率が高く構造が単純で小型であり、かつ耐熱性及び放熱
性が高く、応答速度に優れ、リード間の放電による破壊
が生じない。【構成】マイクロ波センサ１０は、リード１１付き
サーミスタ素子と、このサーミスタ素子１２に近接して
サーミスタ素子１２をそのリード１１を含めて被包する
金属被包体１３と、この金属被包体１３の表面に設けら
れた電波吸収層１４とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子レンジのようなマイ
クロ波加熱装置において被加熱体の加熱状況又は仕上り
状況を検出するに適したマイクロ波センサに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】電子レンジにはマイクロ波加熱による冷
凍食品の解凍機能、冷えた食品の温め機能等各種機能が
装備されている。電子レンジではこの種の食品の加熱状
況又は仕上り状況をセンサにより検出してマイクロ波を
発生するマグネトロンの出力を自動的に制御している。
従来、マイクロ波加熱装置にはこのマグネトロンを制御
するセンサとして、被加熱物で吸収されずに透過又は
反射されたマイクロ波をアンテナを用いて検出する装置
を備えたもの（例えば特開昭５９−２０７５９５，同５
９−２０７５９６，同６２−７９３９４）、排気ダク
トにおいて食品より発生する水蒸気を検出する湿度セン
サを備えたもの（例えば特開昭６２−１２３２２６）、
或いは加熱室の温度を検出するサーミスタからなる温
度センサを備えたもの（例えば特開昭６０−１７０１８
８，特開昭６１−２６３０９２）等が提案されている。

【０００３】しかし、上記のマイクロ波検出装置によ
り検出する場合、検出回路が複雑で値段が高くなり、セ
ンサが加熱室に取付けられるため熱的に破壊し易く、し
かもアンテナによる指向性が強く被加熱物の形状により
検出出力が影響を受け易い問題点があった。また上記
の湿度センサにより検出する場合、被加熱物をラップ類
やアルミ箔で包んだときには加熱状況を正確に検出でき
ない不具合があった。更に上記の温度センサにより検
出する場合、温度センサが被加熱物から離れているため
被加熱物の温度を直接計ることができず、温度センサは
調理の目安にしか過ぎない欠点があった。上記種々の問
題点を解決するため、本出願人はサーミスタ素子の感温
部に電波吸収体を備えたマイクロ波センサを特許出願し
た（特願平３−２４４４４９）。図３に示すように、こ
のマイクロ波センサ４０は感温部４１ａの両端に形成さ
れた端子電極４１ｂに一対のリード４１ｃが取付けられ
たサーミスタ素子４１をリード４１ｃを残して電波吸収
体粉末と有機物質又は無機物質とを樹脂とともに混練し
て調製されたコーティング液に浸漬して作られる。これ
によりサーミスタ素子４１の感温部４１ａが電波吸収体
粉末を含有した物質４２ａで被覆される。このマイクロ
波センサ４０はマイクロ波が到来するとこの物質４２ａ
が発熱し、サーミスタ素子４１の抵抗値が変化すること
によりマイクロ波のエネルギ量を直接検出する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記製法で作
られたマイクロ波センサは次の未だ改善すべき点があっ
た。第一に有機物質又は無機物質の存在により電波吸収
効率が高くない。第二に外形が卵形又は球形をなすた
め、マイクロ波を受ける面積が十分に広くなくかつ放熱
性が低く、これに起因して応答速度が遅い。第三にリー
ドがマイクロ波を受け易く、これによりリード間で放電
を起こしてセンサが壊れ易い。本発明の目的は、被加熱
物に吸収されるマイクロ波のエネルギ量を直接かつ簡便
に検出することができ、電波吸収効率が高く構造が単純
で小型のマイクロ波センサを提供することにある。本発
明の別の目的は、耐熱性及び放熱性が高く、応答速度に
優れ、リード間の放電による破壊が生じないマイクロ波
センサを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、図１に示すように本発明のマイクロ波センサ１０
は、リード１１付きサーミスタ素子と、このサーミスタ
素子１２に近接してサーミスタ素子１２をそのリード１
１を含めて被包する金属被包体１３と、この金属被包体
１３の表面に設けられた電波吸収層１４とを備えたもの
である。

【０００６】以下、本発明を詳述する。本発明のマイク
ロ波センサ１０は、サーミスタ素子１２と電波吸収層１
４を表面に設けた金属被包体１３により構成される。サ
ーミスタ素子１２には、ビード型、ディスク型、ロッド
型、厚膜型、薄膜型、チップ型、電極一体型等の公知の
素子を用いることができる。リード付き素子としてはガ
ラスで被覆されるガラス被覆ビード型、或いはガラス管
に封入されるガラス封入型が２００〜４００℃程度の耐
熱性があり好ましい。ガラス被覆ビード型サーミスタ素
子はビード形サーミスタ素子を径の細い２本のジュメッ
ト線に溶接した後、素子部をガラスで被覆溶着して作ら
れる。

【０００７】本発明の金属被包体１３は応答速度を高め
るために熱容量の小さいことが望ましく、またリードに
マイクロ波を受けない形状であることが必要である。ま
た金属被包体１３はマイクロ波の作用による放電現象を
防止するためアースされる。このため金属被包体は耐熱
性があって導電性がある銅、ステンレススチール等の材
料で作られる。金属被包体はその形状に尖った部分があ
るとマイクロ波がその尖った部分に集中して放電現象を
生じ易い。このため金属被包体の形状はそのような尖っ
た部分がなく、マイクロ波を受ける面積が比較的広い、
円筒形、角筒形等の一端が封止された筒形が好ましい。
筒形の場合、筒の内径はリード付きサーミスタ素子１２
に近接してサーミスタ素子を被包するようにサーミスタ
素子の外径と同じか僅かに大きいことが好ましい。また
図１に示すように金属被包体１３のマイクロ波加熱装置
への取付けを容易にするために、金属被包体１３の基端
に鍔部１３ａを設けてもよい。

【０００８】電波吸収層１４は金属被包体１３の表面に
設けられる。この電波吸収層１４は電波吸収体粉末を充
填材として含む有機物資又は無機物質のいずれか一方又
は双方により形成される。この電波吸収体粉末は磁性又
は誘電性のいずれか一方又は双方を有するセラミックス
粉末である。磁性を有する電波吸収体粉末としてはフェ
ライト又はフェライトを主成分とするセラミックス粉末
があり、誘電性を有する電波吸収体粉末としてはＳｉ
Ｃ，Ａｌ₂Ｏ₃，Ｂ₄Ｃ，ＳｒＴｉＯ₃，ＺｒＯ₂，Ｙ
₂Ｏ₃，ＰＺＴ及びＰＬＺＴからなる群より選ばれた１種
又は２種以上のセラミックス粉末が挙げられる。また磁
性及び誘電性を兼備する電波吸収体粉末としては、特開
平１−２９１４０６公報に開示される、粒径が５０μｍ
以下のフェライト微粉末を含む磁性材料粉末と、粒径が
１０μｍ以上のＢａＴｉＯ₃のようなペロブスカイト型
化合物を含む誘電材料粉末とを混合し、この混合物を１
０００〜１５００℃で焼成した材料であって、フェライ
ト粒子間又はフェライト粒子とペロブスカイト型化合物
粒子との間に反応相を形成して、磁性損失と非常に大き
な誘電損失を併せもつセラミックスを粉末状にしたもの
が挙げられる。

【０００９】この電波吸収層１４の母材は上記電波吸収
粉末の金属被包体１３への接着剤として使用される。電
波吸収層１４には耐熱性と熱伝導性の高いもの好まし
い。有機物質の母材としては例えばエポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂、シリコーン樹脂、ふっ素樹脂等の２００〜
３００℃の耐熱性樹脂が、またポリイミド系樹脂のよう
な３００〜４００℃の耐熱性樹脂がそれぞれ使用され
る。無機物質の母材としては例えばガラスペーストが使
用される。その他Ｓｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ系無機繊維（商品
名「チラノ繊維」宇部興産(株)製）を前記エポキシ樹脂
等の耐熱性樹脂に混合した複合材料（商品名「チラノポ
リマーコートＡＬ−１５」宇部興産(株)製）も使用可能
である。この複合材料は約８００℃の耐熱性がある。エ
ポキシ樹脂及び上記複合材料が耐熱性が高くかつ熱伝導
性も高いため好ましい。電波吸収効率を向上させるため
には電波吸収層の電波吸収粉末の含有率を高める。この
含有率は母材である有機物質又は無機物質の種類により
変化するが、電波吸収粉末を母材に対して約１０〜５０
重量％含有することが好ましい。

【００１０】この電波吸収層１４は以下のようにして形
成される。先ず、上記有機物質又は無機物質のいずれか
一方又は双方を溶融してこれに電波吸収体粉末を均一に
混合してコーティング液を調製する。このコーティング
液に上記金属被包体１３を所定の深さまで浸漬した後、
引上げ乾燥する。このディツプコーティングにより金属
被包体１３の外表面の大部分が電波吸収層１４により被
覆される。この電波吸収層１４の厚さは金属被包体１３
との熱膨張差に起因する電波吸収層１４の剥離を防止す
るために、約数十〜数百μｍと薄いことが望ましい。

【００１１】マイクロ波センサ１０の製造方法は、リー
ド付きサーミスタ素子１２を金属被包体１３内に挿入
し、充填材１６で固定する。充填材としては、電波吸収
層１４の形成に用いられる上述の有機物質又は無機物質
の他にシリカ及びアルミナを主成分とするセラミックス
でもよい。充填材１６でサーミスタ素子１２を金属被包
体１３内に固定する方法としては充填材を溶融させ、こ
れをサーミスタ素子１２にディツプコーティングした
後、金属被包体１３内に挿入してもよいし、或いはサー
ミスタ素子１２を金属被包体１３内に挿入した後、溶融
した充填材を注入してもよい。電波吸収層１４はサーミ
スタ素子１２を金属被包体１３内に挿入する前でも、サ
ーミスタ素子１２を金属被包体１３内に挿入して充填材
１６で固定した後でもよい。本発明のマイクロ波センサ
は電子レンジのような家庭用マイクロ波加熱装置に限ら
ず、工業用マイクロ波加熱装置のマイクロ波検出にも適
用することができる。

【００１２】

【作用】マイクロ波センサ１０にマイクロ波が到来する
と、金属被包体１３の表面に設けられた電波吸収層１４
がこれを吸収して発熱する。電波吸収層１４は電波を吸
収しない有機物質又は無機物質を含むため、マイクロ波
の一部は電波吸収層１４を通過して金属被包体１３で反
射した後、再度電波吸収層１４で吸収されて電波吸収層
１４を発熱させる。マイクロ波エネルギ量に相応してこ
の発熱量は変化し、マイクロ波センサ１０を構成するサ
ーミスタ素子１２の電気抵抗値が変化する。電波吸収層
１４は熱伝導性、即ち熱応答性が高く、耐熱性に優れ
る。電波吸収層１４の電波吸収体粉末として誘電性を有
するＳｉＣ，Ａｌ₂Ｏ₃等の高耐熱材料を用いれば高温に
おいても熱的衝撃を受けることがなく、より信頼性が高
い。またリード１１が金属被包体１３に収容され、マイ
クロ波を受けないため、リード間に放電による破壊が発
生せず、マイクロ波センサ１０はマイクロ波エネルギ量
を安定して検出する。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳し
く説明する。図１に示すように、この例ではマイクロ波
加熱装置は電子レンジである。電子レンジ本体２１の前
面には扉２２が開閉可能に設けられる。マイクロ波セン
サ１０の天井部のフレーム２４には加熱室２３に臨んで
スリット２６が形成される。このスリット２６には取付
板１８がねじ１８ａにより取付けられる。マイクロ波セ
ンサ１０の金属被包体１３はこの例では一端が封止され
た長さ１０ｍｍ、内径４ｍｍのステンレス製円筒管であ
り、その基端には取付板１８に取付けられる鍔部１３ａ
が管体に一体的に形成される。

【００１４】この金属被包体１３の内部にガラス封入型
サーミスタ素子１２が挿入される。サーミスタ素子１２
は直径が１．４ｍｍで長さ１．５ｍｍのサイズを有し、
遷移金属酸化物からなる。その素子に２本のスラグリー
ド１１がガラス封着されている。このサーミスタ素子１
２の２５℃における抵抗値は１８７．５ｋΩであって、
Ｂ定数は３９６０Ｋである。金属被包体１３の内部にサ
ーミスタ素子１２を挿入した後、シリカ及びアルミナを
主成分とする無機充填材（商品名「ボンドＸ」日産化学
(株)製）を注入してサーミスタ素子１２を固定する。こ
の無機充填材で金属被包体１３内に固定されたサーミス
タ素子１２の金属被包体１３の表面に電波吸収層１４を
形成する。電波吸収層１４はエポキシ樹脂と硬化剤とか
らなる母材１００重量％に対して特開平１−２９１４０
６公報に示される、フェライトとＢａＴｉＯ₃の複合物
の焼結体から成る高誘電率磁性体粉末を２０重量％混合
することにより調製されたコーティング液に金属被包体
１３を浸漬して引上げ、８０℃で２時間加熱した後、更
に１２０℃で４時間加熱して形成される。この例では電
波吸収層１４の厚さは約５００μｍである。母材となる
エポキシ樹脂及び硬化剤はそれぞれソマール社製の商品
名「Ｒ−２１０１Ｐ−Ｐ」及び「Ｈ−１２１」であっ
て、これらを「Ｒ−２１０１Ｐ−Ｐ」：「Ｈ−１２１」
＝５：１の重量比で混合して使用した。

【００１５】加熱室２３の奥部には２４５０ＭＨｚのマ
イクロ波を発生するマグネトロン２５が、またその背後
にはブロアファン２６及びファンモータ２７がそれぞれ
設けられる。加熱室２３の底部には冷蔵食品２８を載せ
てモータ２９により回転するターンテーブル３０が設け
られる。ファンモータ２７の近傍には吸気口３１が、ま
た加熱室２３の天井部には排気口３２がそれぞれ設けら
れる。

【００１６】次に、このように構成された電子レンジを
用いて、冷蔵食品２８を解凍したときのサーミスタ素子
１２の抵抗値Ｒのマイクロ波加熱時の変化をディジタル
マルチメータ（電圧計）で測定した。その結果を図２に
示す。図２から明らかなように、図２の曲線上のＡ点で
示す解凍開始、及びＢ点で示す解凍終了において抵抗値
Ｒは明確な特徴的変化を示し、センサ１０がマグネトロ
ン２５から発生するマイクロ波を的確に検出しているこ
とが判る。またセンサ１０のリード１１は金属被包体１
３及び電波吸収層１４によってマイクロ波を受けない位
置に設けられているので、リード１１間で放電は全く起
こらず、安定した出力が得られた。

【００１７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のマイクロ波
センサによれば、マイクロ波エネルギ量を電波吸収体で
熱エネルギに変えてから、これをサーミスタ素子で検出
するため、被加熱物に吸収されるマイクロ波のエネルギ
量を直接かつ簡便に検出することができる。このマイク
ロ波センサは従来のようなアンテナや導波管を必要とし
ないため、構造が単純で小型化することができる。また
電波吸収層がセラミックスの電波吸収粉末と有機物質又
は無機物質からなるため、熱伝導性、即ち熱応答性が高
く、耐熱性に優れる。またサーミスタ素子のリードは金
属被包体に収容されマイクロ波を受けないため、リード
間の放電はなく、マイクロ波センサはマイクロ波エネル
ギ量を安定して検出する。更に従来の温度センサととも
にブリッジ回路を構成すれば、マイクロ波エネルギ量以
外にマイクロ波加熱装置内の温度も検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例のマイクロ波センサを備えるマイ
クロ波加熱装置の構成図。

【図２】本発明実施例のマイクロ波加熱時のサーミスタ
素子の抵抗値の変化を示す図。

【図３】従来例のマイクロ波センサの断面図。

【符号の説明】

１０マイクロ波センサ１１リード１２サーミスタ素子１３金属被包体１４電波吸収層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者越村正己埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地三菱マテリアル株式会社セラミックス研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リード(11)付きサーミスタ素子(12)と、前記サーミスタ素子(12)に近接して前記サーミスタ素子
(12)をそのリード(11)を含めて被包する金属被包体(13)
と、前記金属被包体(13)の表面に設けられた電波吸収層(14)
とを備えたマイクロ波センサ。
【請求項２】電波吸収層(14)が電波吸収体粉末を充填
材として含む有機物質又は無機物質のいずれか一方又は
双方により形成された請求項１記載のマイクロ波セン
サ。
【請求項３】電波吸収体粉末が磁性又は誘電性のいず
れか一方又は双方を有するセラミックス粉末からなる請
求項２記載のマイクロ波センサ。
【請求項４】磁性を有するセラミックス粉末がフェラ
イト粉末である請求項３記載のマイクロ波センサ。
【請求項５】誘電性を有するセラミックス粉末がＳｉ
Ｃ，Ａｌ₂Ｏ₃，Ｂ₄Ｃ，ＳｒＴｉＯ₃，ＺｒＯ₂，Ｙ
₂Ｏ₃，ＰＺＴ及びＰＬＺＴからなる群より選ばれた１種
又は２種以上のセラミックス粉末である請求項３記載の
マイクロ波センサ。
【請求項６】磁性及び誘電性を兼備するセラミックス
粉末がフェライトとＢａＴｉＯ₃の複合体粉末である請
求項３記載のマイクロ波センサ。