JPH06289070A - マイクロ波電力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐電力特性及び耐熱特性が優れておりしかも
低価格のマイクロ波電力センサを提供する。 【構成】 マイクロ波電力センサが、電子レンジ（１
１）内に設置された第１のサーミスタ素子（１０）と、
第１のサーミスタ素子（１０）と熱的に独立して電子レ
ンジ（１１）内に設置されかつマイクロ波的にシールド
された第２のサーミスタ素子（１２）とを備えており、
第１及び第２のサーミスタ素子（１０、１２）を用いて
ブリッジを構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子レンジ内のマイク
ロ波電力を検出するためのマイクロ波電力センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子レンジによる調理効率を改善する等
のために、レンジ内のマイクロ波電力を測定して調理制
御要素にフィードバックしようとした場合、そのマイク
ロ波電力を測定するセンサが必要となる。一般に、マイ
クロ波の測定を行うセンサ素子としては高周波ダイオー
ドが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ダイオ
ードは高感度の半導体素子であることから耐電力特性及
び耐熱特性が不充分であり、電子レンジ内部のような大
電力及び高熱にさらされた場合には永久的な損傷を受け
ることが多い。しかもこのような半導体は、高価であ
り、感度や直線性の素子毎のばらつきも大きいため、電
子レンジ等の民生用電子機器に使用するには不適当であ
った。

【０００４】従って本発明は、従来のマイクロ波電力セ
ンサの上述した問題点を解決するものであり、耐電力特
性及び耐熱特性が優れておりしかも低価格のマイクロ波
電力センサを提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のマイクロ波電力
センサは、電子レンジ内に設置された第１のサーミスタ
素子と、第１のサーミスタ素子と熱的に独立して電子レ
ンジ内に設置されかつマイクロ波的にシールドされた第
２のサーミスタ素子とを備えており、第１及び第２のサ
ーミスタ素子を用いてブリッジを構成している。

【０００６】第１及び第２のサーミスタ素子の電子レン
ジ外への引き出し電極部にバイパスキャパシタをそれぞ
れ設けたことが望ましい。

【０００７】電子レンジ外に設けられた２つの抵抗素子
と上述の第１及び第２のサーミスタ素子とを電気的に直
列接続してブリッジを構成することが好ましい。

【０００８】第１及び第２のサーミスタ素子が基板面上
にそれぞれ形成された抵抗膜からなっており、これら基
板面が電子レンジの４つの壁面に対して４５°の角度を
なして設置されていることが好ましい。

【０００９】抵抗膜のパターンが長方形であり、その長
い方の辺の前記４つの壁面に対する投影長さが短い方の
辺の長さにほぼ等しく設定されていることも好ましい。

【００１０】有利には、第１及び第２のサーミスタ素子
をそれぞれ構成する基板面が互いに平行に対向して設置
されている。

【００１１】

【作用】サーミスタ素子は、マイクロ波電力を受けて電
圧を発生する半導体素子と異なり、マイクロ波電力を受
けて抵抗値が変化する。即ち、熱によって抵抗値が直線
的に変化する抵抗体サーミスタ素子にマイクロ波電界を
与えて発熱させ、抵抗値が入射電力に比例して直線的に
変化するようにしている。電子レンジ内では、被加工物
の発熱によって温度上昇がおこるので、その温度上昇の
みを検出するためにマイクロ波的にシールドされた第２
のサーミスタ素子を第１のサーミスタ素子と熱的に独立
して電子レンジ内に設けている。これら第１及び第２の
サーミスタ素子を用いてブリッジを構成することによ
り、第１のサーミスタ素子の抵抗値変化分から第２のサ
ーミスタ素子による温度変化分を差し引いてなるマイク
ロ波電力のみによる抵抗値変化に相当する電圧がブリッ
ジ出力として得られる。

【００１２】

【実施例】以下図面を用いて本発明の実施例を詳細に説
明する。

【００１３】図１は本発明の一実施例の回路構成を示す
ブロック図である。

【００１４】同図において、１０は電子レンジ１１内に
設置されたマイクロ波電力検出用の抵抗体サーミスタ素
子、１２は同じく電子レンジ１１内に設置された温度補
正用の抵抗体サーミスタ素子をそれぞれ示している。温
度補正用の抵抗体サーミスタ素子１２は、その周囲を接
地導体１３によって囲まれてマイクロ波的にシールドさ
れている。

【００１５】抵抗体サーミスタ素子１０の両端の電極は
バイパスキャパシタ１４及び１５を介して、抵抗体サー
ミスタ素子１２の両端の電極はバイパスキャパシタ１６
及び１７を介してそれぞれ電子レンジ１１の外部に引き
出されている。電子レンジ１１の外部において、抵抗体
サーミスタ素子１０及び１２、外部抵抗素子１８及び１
９は互いに直列に接続されてブリッジを構成している。
このブリッジの対向する１組の端子には電源が接続され
ており、他方の組の端子には差動増幅器２０の入力に接
続されている。外部抵抗素子１８及び１９は、電子レン
ジ内でマイクロ波印加が行われていないときに、差動増
幅器２０の出力電圧がゼロとなるようにその抵抗値が調
整されている。

【００１６】図２は本実施例において電子レンジ１１内
に設置される検出部の構造を示す一部破断図である。

【００１７】ベースマウント部２１は、電子レンジの図
示されていない４つの垂直壁の１つに取り付けられてい
る。ベースマウント部２１上にはマイクロ波電力検出用
のセラミック基板２２と温度補正用のセラミック基板２
３とが、電子レンジのその取り付け壁面に垂直となるよ
うに互いに平行にかつ対向して設けられている。

【００１８】セラミック基板２２上には、サーミスタ抵
抗膜２４が厚膜形成技術によって形成されている。サー
ミスタ抵抗膜２４の両端には、引き出し電極２５ａ及び
２５ｂが印刷によって形成されている。引き出し電極２
５ａ及び２５ｂの一部はその幅が拡大されてそれぞれ内
導体電極２６ａ及び２６ｂとなっている。これらの内導
体電極２６ａ及び２６ｂの両面上には絶縁体２７を挟ん
で接地導体電極２８が積層形成されており、これによっ
てバイパスキャパシタ１４及び１５（図１参照）が構成
される。このようにバイパスキャパシタを設けること
は、内導体電極２６ａ及び２６ｂの周辺を全て接地導体
電極２８で覆うことであるから、引き出し電極２５ａ及
び２５ｂをシールド線で構成した場合と等価となる。そ
の結果、電子レンジ内のマイクロ波電力がレンジ外へ漏
洩して障害等を引き起こすことなしに抵抗値の測定が可
能となる。

【００１９】セラミック基板２３上には、サーミスタ抵
抗膜２９が厚膜形成技術によって形成されている。サー
ミスタ抵抗膜２９の両面上には、このサーミスタ抵抗膜
２９全体を囲むように絶縁体３０を挟んで接地導体３１
が積層形成されており、これによってこのサーミスタ抵
抗膜２９はマイクロ波的にシールドされている。図２に
は示されていないが、サーミスタ抵抗膜２９の両端には
引き出し電極が印刷によって形成されている。これら引
き出し電極の一部はその幅が拡大されてそれぞれ内導体
電極となっており、これらの内導体電極の上には絶縁体
を挟んで接地導体電極が形成されていてバイパスキャパ
シタ１６及び１７（図１参照）が構成されるていること
は、基板２２の場合と同様である。

【００２０】このような構成のセンサにマイクロ波電界
が印加されると、セラミック基板２２上のサーミスタ抵
抗膜２４は、マイクロ波電界によって発熱すると共に電
子レンジ内の被化好物からの放射や対流によって直接的
又は間接的に加熱され、レンジ内の電力と熱との両方に
よる温度上昇を抵抗値変化として捕らえることとなる。
一方、サーミスタ抵抗膜２９は、シールドによりマイク
ロ波電界が印加されないので、レンジ内の熱のみによる
温度上昇を抵抗値変化として捕らえることとなる。

【００２１】電子レンジ内でマイクロ波印加が行われて
いないときに差動増幅器２０の出力電圧がゼロとなるよ
うに外部抵抗素子１８及び１９の抵抗値があらかじめ調
整されているので、サーミスタ抵抗膜２４の抵抗値変化
とサーミスタ抵抗膜２９の抵抗値変化との差に対応する
出力、即ち温度補正を行った後のマイクロ波電力に比例
した値が差動増幅器２０の出力電圧として得られること
となる。

【００２２】基板２２及び２３、従ってサーミスタ抵抗
膜２４及び２９の各面の電子レンジの壁面に対する取り
付け角度は、電子レンジへの取り付け壁面及びその対向
壁面に対して直角に、その他の４つの面に対して４５°
をなすように設定されている。

【００２３】さらに、電子レンジへの取り付け壁面をｚ
面としてこのｚ面に垂直な軸をｚ軸とし、ｘ軸及びｙ軸
を図２に示すように定義すると、サーミスタ抵抗膜２４
及び２９の形状はｚ軸方向の辺の長さがａであり、これ
と直角の辺の長さがほぼ√２ａである長方形に設定され
ている。換言すれば、サーミスタ抵抗膜２４及び２９の
パターンは長方形であり、その長い方の辺の上述の４つ
の壁面に対する投影長さが短い方（ｚ軸方向）の辺の長
さにほぼ等しく設定されている。

【００２４】サーミスタ抵抗膜２４及び２９の取り付け
角度及び形状をこのように設定することにより、電子レ
ンジ内に生じるｘ、ｙ、及びｚ軸方向の電界に対しての
これらサーミスタ抵抗膜２４及び２９の有効長が互いに
等しくなり、その結果、各軸方向の電界検出感度を互い
に等しくすることができる。

【００２５】図３はサーミスタ抵抗膜２４及び２９の取
り付け角度及び配置をｚ軸方向から見た状態で説明する
ものである。同図に示すように、サーミスタ抵抗膜２４
及び２９を電子レンジの取り付け壁面（ｚ面）及びその
対向壁面に対して直角に、その他の４つの面に対して４
５°をなすように互いに平行にかつ対向して設置すれ
ば、温度補正用の基板２３（サーミスタ抵抗膜２９）が
マイクロ波検出用の基板２２（サーミスタ抵抗膜２４）
の動作に影響を与えることなく、しかも最もコンパクト
に検出部を構成することができる。

【００２６】以上説明したように本実施例の構成によれ
ば、サーミスタ抵抗膜２４及び２９が高温焼成されるの
で耐熱性については非常に優秀であり、過電力を印加し
ても単に赤熱するだけで温度が下がれば特性が回復し、
損傷することがない。また、電子レンジの電力に応じて
適当な材料系を抵抗膜２４及び２９として選択すれば、
電力と抵抗値変化との間の直線性を確保することも容易
である。しかも、セラミック系のセンサであるから製造
コストも非常に安い。さらに、基板２２及び２３の熱容
量を小さくすれば、電力変化に対する応答特性も速くな
り感度を大幅に改善することができる。

【００２７】図４は本発明の他の実施例において電子レ
ンジ内に設置される検出部の構造を示す一部破断図であ
る。

【００２８】本実施例においては、ベースマウント部２
１は、電子レンジの図示されていない底面に取り付けら
れている。ベースマウント部２１上にはマイクロ波電力
検出用のセラミック基板２２と温度補正用のセラミック
基板２３とが、電子レンジのその底面及びその対向壁面
に対して直角に、その他の４つの垂直壁面に対して４５
°をなすように互いに平行にかつ対向して設けられてい
る。検出部全体は、マイクロ波損失の小さいセラミック
材料等によるカバー４０で覆われており、センサの応答
速度を向上すべく基板の厚みを薄くしたような場合に
も、調理の過程で機械的な損傷を受けるような不都合を
未然に防止することができる。本実施例の検出部の他の
構成は第２図の場合と全く同様であり（従って同一の参
照符号が用いられている）、同様の作用効果を得ること
ができる。

【００２９】図５は本発明のさらに他の実施例の回路構
成を示すブロック図である。

【００３０】本実施例においては、ブリッジの対向する
１組の端子には電源が接続されており、他方の組の端子
において外部抵抗素子１８及び１９間の接続点である端
子はキャパシタ５０を介して接地されており、抵抗体サ
ーミスタ素子１０及び１２間の接続点である端子はキャ
パシタ５１及び増幅器５２を介して出力端子に接続され
ている。本実施例の他の構成は第１図の場合と全く同様
であり、従って同一の参照符号が用いられている。

【００３１】通常の電子レンジにおいては、マグネトロ
ンを商用周波数で直接的に駆動する場合が多く、この場
合にはマイクロ波電力は商用周波数で振幅変調されてい
る。抵抗体サーミスタ素子１０及び１２の応答が速けれ
ば、変調波の振幅変化に抵抗値変化が追随でき、その抵
抗値変化が交流信号として得られる。この場合、本実施
例のように、抵抗体サーミスタ素子１０及び１２間の接
続点からその交流信号を取り出して電力レベルを検出す
ることができ、差動増幅器が不要となって回路構成を大
幅に簡略化することができる。本実施例における他の作
用効果は、図１の実施例の場合と全く同様である。

【００３２】以上の実施例においては、抵抗体サーミス
タ素子として厚膜による抵抗膜を用いているが、その他
の形状、例えば球状の抵抗体サーミスタ素子を用いるこ
ともできる。例えば球状の抵抗体サーミスタ素子を使用
すれば、前述の実施例のごとく取り付け角度を４５°に
傾けることなくそのままで各軸方向の感度を同一にする
ことができる。

【００３３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、電子レンジ内に設置された第１のサーミスタ素子
と、第１のサーミスタ素子と熱的に独立して電子レンジ
内に設置されかつマイクロ波的にシールドされた第２の
サーミスタ素子とを備えており、第１及び第２のサーミ
スタ素子を用いてブリッジを構成しているので、耐電力
特性及び耐熱特性が優れておりしかも低価格であり直線
性がよく感度の高いマイクロ波電力センサを提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の回路構成を示すブロック図
である。

【図２】図１の実施例において電子レンジ内に設置され
る検出部の構造を示す一部破断図である。

【図３】図１の実施例において抵抗膜の取り付け角度及
び配置を説明する図である。

【図４】本発明の他の実施例において電子レンジ内に設
置される検出部の構造を示す一部破断図である。

【図５】本発明のさらに他の実施例の回路構成を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１０、１２ 抵抗体サーミスタ素子 １１ 電子レンジ １３ 接地導体 １４、１５、１６、１７ バイパスキャパシタ １８、１９ 外部抵抗素子 ２０ 差動増幅器 ２１ ベースマウント部 ２２、２３ セラミック基板 ２４、２９ サーミスタ抵抗膜 ２５ａ、２５ｂ 引き出し電極 ２６ａ、２６ｂ 内導体電極 ２７、３０ 絶縁体 ２８ 接地導体電極 ３１ 接地導体 ４０ カバー ５２ 増幅器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 雄介 東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティー ディーケイ株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子レンジ内に設置された第１のサーミ
   スタ素子と、該第１のサーミスタ素子と熱的に独立して
   電子レンジ内に設置されかつマイクロ波的にシールドさ
   れた第２のサーミスタ素子とを備えており、前記第１及
   び第２のサーミスタ素子を用いてブリッジを構成したこ
   とを特徴とするマイクロ波電力センサ。
2. 【請求項２】 前記第１及び第２のサーミスタ素子の電
   子レンジ外への引き出し電極部分にバイパスキャパシタ
   をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１に記載のマ
   イクロ波電力センサ。
3. 【請求項３】 電子レンジ外に設けられた２つの抵抗素
   子と前記第１及び第２のサーミスタ素子とを電気的に直
   列接続して前記ブリッジを構成したことを特徴とする請
   求項１又は２に記載のマイクロ波電力センサ。
4. 【請求項４】 前記第１及び第２のサーミスタ素子が基
   板面上にそれぞれ形成された抵抗膜からなっており、該
   基板面が電子レンジの４つの壁面に対して４５°の角度
   をなして設置されていることを特徴とする請求項１から
   ３のいずれか１項に記載のマイクロ波電力センサ。
5. 【請求項５】 前記抵抗膜のパターンが長方形であり、
   その長い方の辺の前記４つの壁面に対する投影長さが短
   い方の辺の長さにほぼ等しく設定されていることを特徴
   とする請求項４に記載のマイクロ波電力センサ。
6. 【請求項６】 前記第１及び第２のサーミスタ素子をそ
   れぞれ構成する基板面が互いに平行に対向して設置され
   ていることを特徴とする請求項４又は５に記載のマイク
   ロ波電力センサ。