JPH07320859A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 導波管内を伝送されるマイクロ波電力におい
て食品毎の最適整合状態をつくり加熱効率を向上させ
る。 【構成】 導波管５の加熱室側一壁に、整合素子支持軸
１３を回転自在に貫通し取付け、整合素子支持軸の導波
管内側に円板ベース素子と偏心スタブからなる整合素子
１０を設け、又マグネトロン３と整合素子１０の間にあ
る導波管壁に方向性結合器６を取付け、その整合素子１
０の間にある導波管壁に方向性結合器６を取り付け、そ
の整合素子支持軸を所定の回転行程について駆動するほ
かに、駆動位置にの情報を出力する駆動位置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、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、それら記憶された検出信号群の中から見出
された特定の検出信号の検出された駆動装置へ整合素子
支持軸１３を駆動し、簡単に加熱効率を向上させること
が出来るようにした。

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１／３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１／３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ベース素子
と、このベース素子の回転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】

【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。

【０００７】本発明にあっては、整合素子支持軸とベー
ス素子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スタブがベース素
子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。

【０００８】また、ベース素子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。

【０００９】

【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、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、導電材料製の円板ベース素子１１とこの円板ベース
素子１１の回転中心０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１２とで構成され、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４分の１にしたものである。なお図示は
省略しているが、円板ベース素子１１に対してスタブ１
２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、円板ベース素子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。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素子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。

【００１０】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。

【００１１】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、円板ベース素子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央線Ｃ−Ｃ´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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】また、整合素子支持軸１３およびスタブ１
２をそれぞれ偏倚させずにもうけた場合に比べ、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
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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】また、上述一実施例では、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。

【００１８】

【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 円板ベース素子 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ベース素子（１１）と、こ
   のベース素子の回転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。