JPH0949634A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 広範な食品を高効率で加熱する。 【解決手段】 矩形導波管５内天井壁の電波進行方向の
中心線上に固定整合素子１０を、その中心線から偏倚し
た位置にセラミックス製の可変整合素子支持軸１１を取
り付け、これら固定・可変の各整合素子とマグネトロン
３との間に方向性結合器６を取り付ける。さらに可変整
合素子支持軸１１の短形導波管５外側に、この支持軸を
駆動しかつ、その駆動位置に関する情報を出力する回転
駆動装置を、他方支持軸の短形導波管５内側に、円板ベ
ースとスタブからなる可変整合素子１２を取り付ける。
制御装置１６は加熱の開始後まず回転駆動装置を作動さ
せるとともにその作動行程中の方向性結合器６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
出信号群の中から特定の検出信号を見出し、適整合位置
を中心にその前後の所定の回転角度の範囲内で前記可変
整合素子支持軸１１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】本発明は矩形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。

【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矩形導波管の内壁の一
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の種類
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の間隔で矩形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、調整棒が矩形導波管
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恒に最適
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】

【問題を解決するための手段】本発明は上述の問題を解
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
び反射の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内側
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
りかつ電波進行方向の中心線上に取り付けられた導電材
料製の固定整合素子と、矩形導波管の一壁の内側の固定
整合素子の取り付けられた位置より加熱室側でありかつ
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可変整
合素子支持軸と、矩形導波管内にてこの可変整合素子支
持軸に取り付けられて回転駆動される導電材料製の可変
整合素子と、矩形導波管外にて前記可変整合素子支持軸
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可変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駆
動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
置の最適整合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
駆動位置へ可変整合素子支持軸を回転駆動した後最適整
合位置を中心にその前後の所定の回転角度の範囲内で可
変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した。

【０００７】また、方向性結合器から見た可変整合素子
と固定整合素子の取り付け順序を、上述の順序と入れ替
えて構成した。

【０００８】加えて、いずれの場合にも、固定整合素子
の中心から可変整合素子の中心までの距離を管内波長の
およそ１／４だけ離すようにした。

【０００９】

【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
可変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、その駆動行程中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、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駆
動する。そしてその最適位置を中心にその前後の所定の
回転角度の範囲内で可変整合素子支持軸を回転駆動す
る。

【００１０】本発明にあっては、可変整合素子が矩形導
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、可変整合素子支持軸を回転させた
ときのスタブは、矩形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。さら
に、可変整合素子支持軸の設けられた矩形導波管壁の可
変整合素子支持軸と方向性結合器の間の電波進行方向の
中心線上に固定整合素子を設けているので、可変整合素
子とともにダブルスタブチューナとして作用し、より広
い範囲すなわち広範な食品に対して優れた整合の実現に
寄与する。

【００１１】また、可変整合素子と固定整合素子がとも
にマグネトロンからみて負荷側に設けられているととも
に、方向性結合器はマグネトロンと可変整合素子ないし
固定整合素子との間の入射、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。

【００１２】方向性結合器の位置から加熱室を見たとき
の可変整合素子と固定整合素子の取り付け順序が入れ替
わった場合も、可変整合素子と固定整合素子の作用は概
ね同様である。

【００１３】また、可変整合素子と固定整合素子の距離
が、管内波長のおよそ１／４だけ離れているので、両者
はマグネトロンと加熱室の結合に対して相互に補い合う
形で影響し、より優れた整合状態の実現に寄与する。

【００１４】

【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矩
形導波管である。

【００１５】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、矩形導波管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は矩形導波管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であり、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は矩形導
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（８
ａ、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。

【００１６】１０は矩形導波管５内天井壁の電波進行方
向の中心線上に取り付けられた固定整合素子である。

【００１７】１１は矩形導波管５天井壁の電波進行方向
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）製の可変
整合素子支持軸で、１２はこの可変整合素子支持軸１１
の下端に取り付けられた可変整合素子である。１３はこ
の可変整合素子１２を構成する導電材料製の円板ベース
であり、外径寸法Ｗを矩形導波管５内に伝送されるマイ
クロ波の管内波長のほぼ１／４にして可変整合素子支持
軸１１に同心状に取り付けられたものである。１４は円
板ベース１３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る。

【００１８】１５は可変整合素子支持軸１１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
動装置であり、１６は方向性結合器６、回転駆動装置１
５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、１
７は食品、１８はその受皿である。

【００１９】なお、円板ベース１３に対してスタブ１４
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、可変整合素子支持軸１１、
円板ベース１３、回転駆動装置１５等のユニットを仕様
の異なる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。

【００２０】このように構成されたものにおいて、加熱
室１内に食品１７が設置され、マグネトロン３の発振が
開始されると、高周波電力は矩形導波管５を通って加熱
室１内に供給され、食品１７の誘電加熱を開始する。

【００２１】すると、制御装置１６はまず回転駆動装置
１５を制御して、可変整合素子支持軸１１を例えば１８
０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１３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１４が矩形
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。

【００２２】そして制御装置１６は、その回転駆動行程
中の予め定められた複数の回転駆動位置（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、各回転駆動位置毎の電圧定在波
比（VSWR）の値としてそれらを記憶する。制御装置１６
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
れた可変整合素子支持軸１１の回転駆動位置つまり回転
駆動装置１５の駆動位置を確認し、その駆動位置へ可変
整合素子支持軸１１が移動するよう回転駆動装置１５を
制御する。

【００２３】さらに、その後の適宜な時点において、こ
の最適結合状態と判断される回転角度位置を中心にその
前後の所定の範囲（例えば前後に５度ずつの比較的小さ
な角度の範囲）内で、可変整合素子支持軸１１を往復回
転移動させ、その中で最適結合状態の位置を再度見出す
ようにし、調理中のきめ細かなインピーダンス調整が行
われるようにしている。

【００２４】なお最適結合状態は、可変整合素子１２の
回転駆動時に方向性結合器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
大となる回転角度位置へ可変整合素子支持軸を回転移動
させることにより、設定するようにしている。

【００２５】その理由は、マグネトロンの動作インピー
ダンスをリーケ線図で見るとわかるとおり、同一の反射
係数値であっても位相により高周波出力が異なっている
ことがあるためであり、本発明にあっては、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。そしてそれによって、加
熱室１内に収納された食品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。

【００２６】また、可変整合素子支持軸１１を矩形導波
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１４の移動行程を矩形導波管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。

【００２７】また、可変整合素子と固定整合素子を管内
波長のおよそ１／４だけ離して設置したことにより、両
者はダブルスタブチューナとして、相互に補い合う形
で、マグネトロンと加熱室の結合の整合に寄与し、より
広範囲の食品に対して整合を取ることが可能になった。

【００２８】さらに、マグネトロン３からみて食品１７
側に、方向性結合器６、固定整合素子１０、可変整合素
子１２の順に取り付けたので、極めて能率よく入射、反
射各電力の測定ならびに整合調節が行えるようになっ
た。

【００２９】以上の説明では、可変整合素子支持軸１１
を回転駆動する場合についてのみ説明したが、さらに矩
形導波管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。

【００３０】上述の実施例では、整合の良否の判断を電
圧低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
のみに着目しても判断することが可能である。

【００３１】なお、方向性結合器から見た可変整合素子
と固定整合素子の取り付け順序を入れ替えても、マグネ
トロンと加熱室の結合に対して、同様の優れた整合作用
を発揮する。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、可変整合
素子のスタブを矩形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
その工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
ス整合の最も良く取れている駆動位置を見出して、直ち
にそこへ可変整合素子を移動させ、さらに微調整を行な
うようにしたので、マグネトロンの発振動作点が短時間
のうちに整合の取れた高効率動作点に移り、能率の良い
高周波加熱を行なうことができるようになった。また、
マグネトロンからみて負荷（食品）側に順に方向性結合
器、固定整合素子、可変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、可変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。さらに、可変
整合素子と固定整合素子の組み合わせにより、ダブルス
タブチューナが構成されることとなって、整合領域を広
く取ることができ、広範な負荷に対して優れた整合が取
れるようになった。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可変整合素子の斜視図であ
る。

【図４】可変整合素子が取り付けられた矩形導波管の一
部切欠き斜視図である。

【図５】可変整合素子が取り付けられた矩形導波管天井
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 矩形導波管 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 固定整合素子 １１ 可変整合素子支持軸 １２ 可変整合素子 １３ 円板ベース １４ スタブ １５ 回転駆動装置 １６ 制御装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 食品（１７）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
   反射の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
   壁の内側の前記方向性結合器の取り付けられた位置より
   前記加熱室側でありかつ電波進行方向の中心線上に取り
   付けられた導電材料製の固定整合素子（１０）と、前記
   矩形導波管の一壁の内側の前記固定整合素子の取り付け
   られた位置より前記加熱室側でありかつ電波進行方向の
   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可変整合素子支持軸
   （１１）と、前記矩形導波管内にてこの可変整合素子支
   持軸に取り付けられて回転駆動される導電材料製の可変
   整合素子（１２）と、前記矩形導波管外にて前記可変整
   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（１５）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
   前記可変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駆動位置毎の前記
   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
   適整合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
   動位置へ前記可変整合素子支持軸を回転駆動した後前記
   最適整合位置を中心にその前後の所定の回転角度の範囲
   内で前記可変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（１６）とで構成された
   高周波加熱装置。
2. 【請求項２】 前記方向性結合器、前記固定整合素子お
   よび前記可変整合素子の設けられた前記矩形導波管の一
   壁において、前記方向性結合器の位置から前記加熱室側
   に向けて前記可変整合素子、前記固定整合素子の順に取
   り付けたことを特徴とする請求項１記載の高周波加熱装
   置。
3. 【請求項３】 前記固定整合素子の中心から前記可変整
   合素子の中心までの距離を管内波長のおよそ１／４にし
   たことを特徴とする請求項１または２記載の高周波加熱
   装置。