JPH08195277A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 導波管内を整合素子を駆動し、食品毎に最適
な整合状態をつくりだして加熱効率の向上をはかる。 【構成】 マグネトロン３と加熱室１とを接続する導波
管５の加熱室側の一壁の電波進行方向の中心線から偏倚
した位置に、セラミックス製の整合素子支持軸１３を回
転自在に貫通して取り付け、更に導波管内内側に円板ベ
ースとスタブとからなる整合素子１０を設け、また同導
波管のマグネトロン３と整合素子１０の間の導波管壁に
方向性結合器６を取り付ける。制御装置１５は加熱の開
始後まず回転駆動装置１４を作動させるとともに、方向
性結合器６の検出信号を取り込んで記憶する外、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整合素子支持軸１３を回転
駆動し、その後最適停止位置を中心にその前後の所定の
回転角度の範囲内で前記整合素子支持軸１３を回転駆動
する。

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調節するようにした高周
波加熱装置に関するものである。さらに詳しく言うと、
加熱の期間中、マグネトロンを終始最高効率で動作させ
るようにしたものである。

【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づくよう、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ばならない
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
いう問題点があった。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
う問題点があった。

【０００５】また、インピーダンス調整棒はあらかじめ
記憶された動作以外の動きをしないために、形状の異な
るしかも誘電特性の異なる種々の食品に対して最適のイ
ンピーダンス整合をさせることが難しいばかりか、加熱
中に変化するインピーダンス動作点のズレに対しても対
応することができないという致命的な欠点を有してい
る。

【０００６】

【問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生結合器と、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位置に突設された導
電材料製のスタブと、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角度位置に関する情報
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
もにその駆動行程中の予め定められた複数の回転角度位
置毎の方向性結合器の検出信号を取り込んで記憶するほ
か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角度
位置へ整合素子支持軸を回転駆動しその後最適停止位置
を中心にその前後の所定の回転角度の範囲内で整合素子
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。

【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、駆動装置を制御してそ
の位置へ整合素子支持軸を移動させる。そしてその後は
その最適停止位置を中心にその前後の所定の回転角度の
範囲内で整合素子支持軸を往復回転駆動させて、加熱の
期間中マグネトロンと加熱室のインピーダンス整合を調
節する。

【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。そし
て上記構成は伝送路の整合素子として用いられるシング
ルスタブチューナと同様に作用し、より広い範囲での整
合の実現に寄与する。

【０００９】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。

【００１０】

【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、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は導電材料製の円板ベース、１２はこの円板ベ
ース１１の回転中心から外れた偏倚部位に突き出して設
けられた導電材料製のスタブであり、円板ベース１１が
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
してその外径寸法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1/4にしたものである。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１２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、後述整合素
子支持軸１３、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。

【００１１】さて前述整合素子支持軸１３は図４、図５
のごとく、導波管５壁の電波進行方向の中心線から偏倚
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）製のものであり、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。１５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回転という所定の角度について回転駆動する。
実際その駆動は、円板ベース１１の回転中心から外れた
位置に取り付けられているスタブ１２が導波管５壁の電
波進行方向の中心線の走る電界強度の大きい領域内にお
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（回転角度位置）に
おいて方向性結合器６の入射、反射各電力に関する出力
信号を取り込み、各回転角度位置毎の電圧定在波比（VS
WR）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１４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。さらに
その後、直ちにかもしくは例えば、加熱モードが冷凍品
の解凍加熱なのか、冷えている調理済み品の単なる可食
温度への再加熱なのか、それとも炊飯や煮物調理等の本
格的加熱調理なのか、といった加熱モードの違いに応じ
てあらかじめ決めておいた時間後に、この最適結合状態
と判断される回転角度位置を中心として前後に所定の角
度の範囲内だけ、具体的には前後に５度ずつの比較的小
さな角度の範囲内において整合素子支持軸１３を往復回
転移動させ、加熱の進行に伴って食品の性状に微妙な変
化が生じた場合にも、インピーダンス整合の大幅なズレ
が生じないように工夫してある。

【００１５】なお、ここでいう最適結合状態の得られる
回転角度位置というのは、方向性結合器６で検出される
入、反射各電力値から求まる反射係数が最小で、しかも
入射電力が最大となる位置のことである。

【００１６】そのようにする理由は、反射係数が小さい
からといって必ずしもマグネトロンが最大出力で動作し
ているとは限らず、その定格出力に比べてはるかに及ば
ないことさえあるというマグネトロンの動作特性を考慮
したためである。つまり、反射係数にのみ着目していた
だけでは、マグネトロン３を真の最大出力で動作させる
ことにはならないからである。そのために、本発明で
は、最小の反射係数においてしかも入射電力が最大にな
る点（位置）を見い出すようにして、マグネトロン３を
最高の効率で動作させるようにしたのである。本発明に
あっては、このことを実行した上で、なおかつ整合素子
１０を加熱開始当初に決定されたの最適位置を中心に、
加熱期間中その前後に所定の比較的小さな角度範囲内で
回転移動させるようにした結果、終始食品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。

【００１７】また、整合素子支持軸１３を導波管の中心
線に対して偏倚させずに設けた場合に比べ、スタブ１２
の移動行程を導波管５壁の電波進行方向の中心線の走る
領域内の電界強度の大き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。

【００１８】以上の説明では、整合素子支持軸１３を回
転駆動する場合についてのみ説明したが、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。

【００１９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、マグネト
ロンからみて負荷（食品）側に順に方向性結合器と整合
素子を取り付けたので、方向性結合器による入射、反射
各電力の極めて能率的な測定と、整合素子によるマグネ
トロンと加熱室の極めて効率のよい結合がともに可能と
なった。しかも、スタブを導波管内の比較的電界強度の
大きい領域内で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回転駆動位置
毎の方向性結合器の検出信号を記憶し、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
ダンス整合の最も良く取れている駆動位置を見出すよう
にしたので、直ちにそこへ整合素子を回転させて移動さ
せ、マグネトロンの発振動作点が短時間のうちに整合の
とれた高効率動作点に移し、能率の良い高周波加熱を行
うことが出来るようになった。しかも、その回転角度位
置を中心に所定の角度の範囲内で整合素子を往復回転移
動させるので、加熱の進行に伴って食品の性状に変化が
生じても大幅な整合のズレ生がじることなく、また、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天井部の上面
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 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 １２ スタブ １３ 整合素子支持具 １４ 駆動装置 １５ 制御装置

Claims (1)

【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生結合器（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位置に突設された導電材
   料製のスタブ（１２）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角度位置
   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駆動行
   程中の予め定められた複数の回転角度位置毎の前記方向
   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角度位
   置へ前記整合素子支持軸を回転駆動しその後前記最適停
   止位置を中心にその前後の所定の回転角度の範囲内で前
   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。