JPH08138855A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 導波管内の整合素子を駆動し、食品毎の最適
の整合状態をつくりだして加熱効率の向上をはかる。 【構成】 導波管５の加熱室側一壁の、電波の進行方向
の中央線Ｃ−Ｃ´から距離Ｌだけずれた位置に、整合素
子支持軸１３を回転自在に貫通して取り付け、更に導波
管５内側に整合素子１０を設け、又マグネトロン３と整
合素子１０の間に位置する導波管壁に方向性結合器６を
取り付け、その整合素子支持軸１３を駆動するほかに、
複数の駆動位置に関する情報を出力する駆動装置１４を
備え、加熱の開始後、制御装置１５によりまず駆動装置
を作動させて、予め定められた複数の回転駆動位置毎に
方向性結合器の検出信号を取り込んで記憶するととも
に、記憶された検出信号群の中から最良の整合の得られ
ている特定の一つの検出信号を見出してその検出信号の
検出された駆動位置へ整合素子支持軸１３を駆動し、簡
単に加熱効率を向上させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は導波管壁に取り付けられ
た方向性結合器の検出信号に基づいてマグネトロンと加
熱室と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接続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１／４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３本のインピーダンス調整棒を管内
波長の１／４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しまい、
電子レンジのように短時間のうちに加熱を完了させなけ
ればならない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】

【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、この加熱室の外部においてマイクロ波を発振す
るマグネトロンと、一側にてこのマグネトロンと接続す
るとともに他側にて加熱室と接続してマグネトロンと加
熱室とを接続する矩形導波管と、マグネトロンを駆動す
る高周波電源装置と、矩形導波管の一壁であってマグネ
トロンとの接続部と加熱室との接続部の間の位置に取り
付けられて矩形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、矩形導波管の一壁
の方向性結合器の取り付けられた位置より加熱室側であ
ってしかもその壁の電波進行方向の中心線から偏倚した
位置に回転自在に貫通して取り付けられた低誘電体損失
材料からなる整合素子支持軸と、矩形導波管内にてこの
整合素子支持軸に取り付けられて回転駆動される導電材
料製の整合素子と、この整合素子を構成するために整合
素子支持軸に同心状に取り付けられた円板ベースと、こ
の円板ベースの中心から偏倚した第一および第二の位置
にそれぞれ突設された導電材料製の第一および第二のス
タブと、矩形導波管外にて整合素子支持軸を所定の行程
について回転駆動するとともにその駆動行程中の予め定
められた複数の回転駆動位置に関する情報を出力する回
転駆動装置と、そして高周波電源装置を作動させてマグ
ネトロンの発振を開始させたときに回転駆動装置を作動
させて整合素子支持軸を回転駆動するとともにその作動
行程中の予め定められた複数の回転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するほかその後それ
ら記憶された検出信号群の中から回転駆動装置の最適停
止位置を決定するために検出信号群の中の特定の検出信
号を見出してその検出信号の検出された回転駆動位置へ
整合素子支持軸を回転駆動するよう回転駆動装置を制御
する制御装置とで高周波加熱装置を構成する。

【０００６】またその際、円板ベースに突設した第一の
スタブと第二のスタブの突き出し高さをそれぞれ異なら
せるようにした。

【０００７】

【作用】高周波電源装置を作動させてマグネトロンの発
振を開始させると、制御装置は回転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移動させると
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を固定するようにする。

【０００８】本発明にあっては、整合素子支持軸と円板
ベースが導波管壁の電波進行方向の中心線から偏倚した
位置に取り付けられている上に、さらに第一と第二の２
本のスタブが円板ベースの中心から外れた位置に取り付
けられているので、整合素子支持軸を回転させたときの
スタブは、導波管内中央部の比較的電界強度の大きい領
域内と比較的小さい領域内を比較的大きい回転角度に亘
って、すなわち比較的長い距離に亘ってそれぞれ移動す
ることとなるので、スタブの移動に基づくマグネトロン
と加熱室の結合度の変化に対して大きな影響を与えるこ
とになる。

【０００９】なお、第一および第二のスタブのそれぞれ
の高さを変えたときには、インピーダンス整合に対して
更に一層顕著な改善効果を上げる場合がある。

【００１０】また、円板ベースとスタブはマグネトロン
からみて負荷側にて駆動されるとともに方向性結合器は
マグネトロンと整合素子の間で入射反射各電力成分を検
出するので、能率のよい入射反射電力の測定とインピー
ダンス整合が行われる。

【００１１】

【実施例】本発明の一実施例を図１から図４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の側
壁に開設された高周波給電口である。３はマグネトロン
であり、４はこのマグネトロン３を駆動する高周波電源
装置、５は一側にてマグネトロン３と接続するとともに
他側にて加熱室１と接続することによりマグネトロン３
で発生した高周波電力を加熱室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とを接続する矩形の導
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の長辺のほぼ中央つま
りマグネトロン３の接続部と加熱室１の接続部の中間部
においてマグネトロンから発振されて加熱室１へ向かう
高周波電力と加熱室１から反射して戻ってくる高周波電
力の両方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）に伝送さ
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は導波管５内に取り付けられた整合素子
であり、１１、１２ａ、１２ｂはそれぞれこの整合素子
を構成する導電材料製の円板ベースであり、またこの円
板ベース１１の回転中心Ｏから外れた偏倚部位の第一と
第二の位置にそれぞれ突き出して設けられた導電材料製
のスタブ１２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３のインピーダンス整合
を取るものである。そして円板ベース１１の外径寸法Ｗ
を導波管５内に伝送されるマイクロ波の管内波長のほぼ
４分の１にしてある。なお図示は省略しているが、円板
ベース１１に対してスタブ１２ａ、１２ｂを着脱自在構
造とするとともに、異なる形状寸法のものを用意してお
くことにより、円板ベース１１、後述の整合素子支持軸
１３、後述の回転駆動装置１４等のユニットを仕様の異
なる各種高周波加熱装置へ簡単に流用することができる
ようになるメリットがある。さて整合素子支持軸１３は
図４、図５のごとく、導波管５天井壁の電波進行方向の
中央線Ｃ−Ｃ´から導波管側壁方向へ距離Ｌだけ偏倚し
た位置にて回転自在に貫通して取り付けられた低誘電体
損失材料（セラミックス）のものであり、導波管内にお
いてその下端に円板ベース１１を取り付けている。１４
はこの整合素子支持軸１３を回転駆動して回転角度を制
御するステッピングモータ等の回転駆動装置である。１
５は方向性結合器６、回転駆動装置１４および高周波電
源装置４に接続した制御装置で、マイクロコンピュータ
で構成されたものである。そして、１６は食品、１７は
その受皿である。

【００１２】このように構成されたものにおいて、加熱
室１内に食品１６が設置され、マグネトロン３の発振が
開始されると、高周波電力は導波管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】すると、制御装置１５はまず駆動装置１４
を制御して、整合素子支持軸１３を例えば１８０度すな
わち１／２回転という所定の行程について回転駆動す
る。実際その駆動は、円板ベース１１の回転中心Ｏから
外れた位置に取り付けられているスタブ１２ａと１２ｂ
の個々が、導波管５壁の電波進行方向の中央線Ｃ−Ｃ´
の走る電界強度の大きい領域内と小さい領域内のそれぞ
れにおいてより多く移動するよう、駆動行程を定めてい
る。

【００１４】そして制御装置１５は、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の入射反射各方向の電力に関する出力
信号を取り込み、各回転駆動位置毎の電圧定在波比（Ｖ
ＳＷＲ）の値としてそれらを記憶する。制御装置１５は
それらの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１３の回転角度位置つまり駆動装置１
４の駆動位置を確認し、その駆動位置で整合素子支持軸
１３が停止固定されるよう駆動装置１４を制御する。

【００１５】それにより、加熱室１内に収納されている
食品１７を最高の効率で加熱することが保証されること
になった。

【００１６】また、整合素子支持軸１３を導波管の中心
に対して、またスタブ１２ａ、１２ｂをその整合支持軸
に取り付けられた円板ベース１１の回転中心に対して、
それぞれ偏倚させずにもうけた場合に比べ、スタブ１２
ａ、１２ｂの移動行程を、導波管５壁の電波進行方向の
中央線Ｃ−Ｃ´の走る領域内の電界強度の比較的大きい
領域内及び比較的小さい領域内に位置付けることができ
るので、整合調節すなわち結合度の調節に対してより大
きな影響力を発揮することができるようになった。

【００１７】また二つのスタブ１２ａ、１２ｂを設けた
ことにより、ダブルスタブチューナとして作用させるこ
とができ、より広範な食品に対して良好に整合させるこ
とができるようになった。

【００１８】さらに、マグネトロン３からみて負荷（食
品１６）側に順に方向性結合器６と整合素子１０を取り
付けたので、極めて能率的に入射反射各電力の測定が可
能になった。

【００１９】以上説明した実施例において、更に、スタ
ブ１２ａ、１２ｂの導波管５内への突き出し高さを調節
するようにすると、より一層きめの細かい整合のための
制御を行うことが可能になる。その場合、２本のスタブ
をともに等しい高さに揃えることによって、顕著な効果
を上げることも有り得るし、他方、図３に示したよう
に、それぞれ高さを変えたときには、更に一層顕著な改
善効果を上げる場合も有り得る。

【００２０】また、上述の一実施例では、整合の良否の
判断を電圧定在波比で行った場合について説明したが、
これに限らず入射反射両信号に基づいて求められる反射
係数によっても判断することが可能である。さらに、反
射信号にのみ着目しても判断することが可能である。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、スタブを
導波管内の比較的電界強度の大きい領域内のみならず比
較的小さい領域内でも移動させることができるようにな
った。そしてその行程中の予め定められた複数の駆動位
置毎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最もよく取れている駆動位置を
見出して、直ちにそこへ整合素子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
取れた高効率動作点に移り、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。また、マグネトロン３か
らみて負荷（食品）側に順に方向性結合器６と整合素子
１０を取り付けたので、極めて能率良く入射反射各電力
の測定が可能になったとともに同様極めて能率良く整合
状態をとることができるようになった。そしてなにより
も、マグネトロンの寿命に対する悪影響を少なくするこ
とにも大きく寄与することができるようになった。

【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】整合素子が取り付けられた導波管の一部切欠き
斜視図である。

【図５】整合素子が取り付けられた導波管の一部上面図
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 円板ベース １２ａ 第一のスタブ １２ｂ 第二のスタブ １３ 整合素子支持具 １４ 駆動装置 １５ 制御装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 食品（１５）を収納する加熱室（１）
   と、この加熱室の外部においてマイクロ波を発振するマ
   グネトロン（３）と、一側にてこのマグネトロンと接続
   するとともに他側にて前記加熱室と接続して前記マグネ
   トロンと前記加熱室とを接続する矩形導波管（５）と、
   前記マグネトロンを駆動する高周波電源装置（４）と、
   前記矩形導波管の一壁であって前記マグネトロンとの接
   続部と前記加熱室との接続部の間の位置に取り付けられ
   て前記矩形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、前記矩形導波管
   の一壁の前記方向性結合器の取り付けられた位置より前
   記加熱室側であってしかもその壁の電波進行方向の中心
   線から偏倚した位置に回転自在に貫通して取り付けられ
   た低誘電体損失材料からなる整合素子支持軸（１３）
   と、前記矩形導波管内にてこの整合素子支持軸に取り付
   けられて回転駆動される導電材料製の整合素子（１０）
   と、この整合素子を構成するために前記整合素子支持軸
   に同心状に取り付けられた円板ベース（１１）と、この
   円板ベースの中心から偏倚した第一および第二の位置に
   それぞれ突設された導電材料製の第一および第二のスタ
   ブ（１２ａ、１２ｂ）と、前記矩形導波管外にて前記整
   合素子支持軸を所定の行程について回転駆動するととも
   にその駆動行程中の予め定められた複数の回転駆動位置
   に関する情報を出力する回転駆動装置（１４）と、そし
   て前記高周波電源装置を作動させて前記マグネトロンの
   発振を開始させたときに前記回転駆動装置を作動させて
   前記整合素子支持軸を回転駆動するとともにその作動行
   程中の予め定められた複数の回転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するほかその後そ
   れら記憶された検出信号群の中から前記回転駆動装置の
   最適停止位置を決定するために前記検出信号群の中の特
   定の検出信号を見出してその検出信号の検出された回転
   駆動位置へ前記整合素子支持軸を回転駆動するよう前記
   回転駆動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】 前記第一のスタブと前記第二のスタブの
   前記円板ベースからの突き出し高さをそれぞれ異ならせ
   たことを特徴とする請求項１記載の高周波加熱装置。