JPH08250277A - 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】 導波管５の加熱室側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、その導波管内内側に円板ベース１１とスタブ
１２からなる整合素子１０を取付ける。またマグネトロ
ン３と整合素子１０の間に位置する導波管５の壁に方向
性結合器６を取り付ける。制御装置１５は加熱の開始後
回転駆動装置１４を作動させるとともに方向性結合器６
の検出信号を記憶し、その中から回転駆動装置１４の最
適停止位置を決定し、その位置へ整合素子支持軸１３を
回転駆動する。その後の加熱期間中第一の回転角度位置
を中心にその前後の回転角度の範囲の中から最適な第二
の回転角度位置を見い出し、整合素子支持軸１３を回転
駆動し固定する。

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、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
ピーダンス整合を取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】

【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第一の
回転角度位置へ整合素子支持軸を回転駆動し、その後の
加熱期間中の所定の時点でその第一の回転角度位置を中
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
軸を回転駆動させるとともに、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第二の回転角度位置へ整合素子支持
軸を回転駆動し固定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】その際、第二の回転角度位置を見い出すた
めに整合素子支持軸が第一の回転角度位置を中心にその
前後に回転する角度の範囲が、第一の回転角度位置を見
い出す際に整合素子支持軸が回転した角度の範囲より小
さくなるようにする。

【０００８】

【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回転角度
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、駆動装置を制御
してその位置（第一の回転角度位置）へ整合素子支持軸
を移動させる。そしてその後の加熱期間中の所定の時点
でその第一の回転角度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させるとと
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第二
の回転角度位置へ整合素子支持軸を回転駆動し固定す
る。つまり、加熱の進行に伴う食品の性状変化に対応す
るように整合素子支持軸を回転駆動する。

【０００９】その第二の回転角度位置を見い出すために
整合素子支持軸が第一の回転角度位置を中心にその前後
に回転する際は、第一の回転角度位置を見い出す際に整
合素子支持軸が回転した角度の範囲より小さい範囲で回
転する。

【００１０】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。

【００１１】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、また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、反射各電力の測定とインピ
ーダンス整合が行われる。

【００１２】

【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。

【００１３】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。

【００１４】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の誘電加熱が開始される。

【００１５】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。

【００１６】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回転駆動装置１
４の駆動位置（第一の回転角度位置）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。

【００１７】そしてその後の加熱期間中の所定の時点、
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、その第一の回転角度位置を中心にその前後の所
定の回転角度の範囲内（具体的には、第一の回転角度位
置を見い出すために回転した範囲より小さい範囲であ
り、第一の回転角度位置の前後に５度ずつの比較的小さ
な角度の範囲内で）で整合素子支持軸１３を回転駆動さ
せるとともに、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
れた第二の回転角度位置へ整合素子支持軸を回転駆動し
固定する。つまり、加熱の進行に伴う食品の性状変化に
対応して整合状態が維持されるよう、整合素子支持軸１
３を最適位置に繰返し回転駆動する。なお、当然のこと
だが、第二の最適回転角度位置が第一の最適回転角度位
置と同一の場合もあることは言うまでもない。また、第
一の回転角度位置が、その第一の回転角度位置を見い出
すための回転駆動範囲の端である場合には、第二の最適
回転角度位置を探すための回転運動は当然制約をうける
ことになるが、本実施例においては、その制約された範
囲内で最もよい整合位置を見い出すようにしている。

【００１８】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。

【００１９】そのようにした理由は、反射係数値が小さ
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。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、なおかつその後の
加熱期間中の所定の時点で、その第一の回転角度位置を
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
持軸を回転駆動させるとともに、その所定回転角度の範
囲の中から整合に最適な第二の回転角度位置を見い出し
て、その第二の回転角度位置へ整合素子支持軸を回転駆
動し固定するようにしたのである。そしてそれにより、
加熱の進行に伴う食品の性状変化に対応してよりよい整
合状態が維持されるようにし、マグネトロンが最高効率
で動作するようにしたのである。

【００２０】なお、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。

【００２１】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。

【００２２】

【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の良い測定と、整合素子によるマグ
ネトロンと加熱室の極めて高効率の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（第一の回転角度
位置）を見出すようにして、直ちにそこへ整合素子を移
動させるようにしたので、マグネトロンの発振動作点が
短時間のうちに整合のと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出来るようになった。さ
らに、その後の加熱期間中の所定の時点で、その第一の
回転角度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とともに、その所定
回転角度の範囲の中から整合に最適な第二の回転角度位
置を見い出して、その第二の回転角度位置へ整合素子支
持軸を回転駆動し固定するようにしたので、加熱の進行
に伴って食品の性状に変化が生じても、すぐれた整合状
態が維持されるようになり、高効率の加熱動作を維持す
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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿南 文政 福岡県福岡市中央区渡辺通２丁目１番82号 九州電力株式会社内 (72)発明者 木元 和彦 福岡県福岡市中央区渡辺通２丁目１番82号 九州電力株式会社内

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第一の回転
   角度位置へ前記整合素子支持軸を回転駆動しその後の加
   熱期間中の所定の時点でその第一の回転角度位置を中心
   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
   持軸を回転駆動させ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第二の回転角度位置へ前
   記整合素子支持軸を回転駆動し固定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】 前記整合素子支持軸が前記第二の回転角
   度位置を見い出す際に前記第一の回転角度位置を中心に
   その前後に回転する角度の範囲とは、前記第一の回転角
   度位置を見い出す際に前記整合素子支持軸が回転する角
   度の範囲より小さい角度であることを特徴とする請求項
   １記載の高周波加熱装置。