JPH0949635A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 少なくとも２個のマグネトロンを取り付けた
高周波加熱装置において、個々のマグネトロンと加熱室
のインピーダンス整合を確実に実現する。 【構成】 高周波電源装置４を作動させて各マグネトロ
ン３ａ、３ｂの発振を開始させたときに、制御装置１５
は２個の方向性結合器６ａ、６ｂの出力信号から求まる
各電圧定在波比を比較し、より大きい値の得られた方向
性結合器例えば６ａの取り付けられている方の整合素子
支持軸１０ａを回転駆動して導波管５ａ内に伝送される
高周波電力の反射が最も少なくしかも入射が最も大きい
最適停止位置をまず決定し、その後同様の操作によって
残された方の整合素子支持軸１０ｂの最適停止位置を決
定し、２個のマグネトロン３ａ、３ｂと加熱室１とのイ
ンピーダンス整合を実現し、高効率、高能率な加熱を可
能にするとともに、マグネトロン３ａ、３ｂの長寿命化
を達成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加熱室と少なくとも２
個のマグネトロンの個々とをそれぞれ結合する少なくと
も２個の矩形導波管壁に、それぞれ取り付けられた方向
性結合器の検出信号に基づいて、加熱室と少なくとも２
個のマグネトロン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、
加熱室と１個のマグネトロンを接続する矩形導波管の例
であるが、その内壁の一部に、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てマイクロ波を発振する少な
くとも２個のマグネトロンと、各一側にてこれらマグネ
トロンの各一つと接続するとともに各他側にて加熱室の
少なくとも２か所と接続して各マグネトロンと加熱室と
をそれぞれ接続する矩形導波管と、各マグネトロンを駆
動する高周波電源装置と、各矩形導波管の一壁であって
各マグネトロンとの接続部と加熱室との接続部の間にそ
れぞれ取り付けられて各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、各
矩形導波管の一壁の内側の各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
から偏倚した位置にそれぞれ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、
各矩形導波管内にて各整合素子支持軸にそれぞれ取り付
けられて回転駆動される導電材料製の整合素子と、各矩
形導波管外にて各整合素子支持軸をそれぞれ所定の行程
について回転駆動するとともに各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それぞれ出力
する回転駆動装置と、そして高周波電源装置を作動させ
て各マグネトロンの発振を開始させたときに各回転駆動
装置を作動させて各整合素子支持軸を回転駆動するとと
もに各駆動行程中の予め定められた複数の回転駆動位置
毎の各方向性結合器の検出信号を取り込んで記憶するほ
かそれら各方向性結合器毎に記憶された検出信号群の中
から各回転駆動装置の最適停止位置を決定するために各
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
号の検出された各回転駆動位置へ各整合素子支持軸を回
転駆動するよう各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、制御装置については、各マグネトロ
ンが動作開始する高周波加熱開始初期に各方向性結合器
の出力信号から求まる各反射電力、各電圧定在波比もし
くは各反射係数に関する信号のうちのいずれかをそれぞ
れ比較し、より大きい値の得られた方向性結合器の取り
付けられている方の整合素子支持軸の最適停止位置をま
ず決定し、その後残された方向性結合器の取り付けられ
た方の整合素子支持軸の最適停止位置を決定するように
した。

【０００８】その際、各矩形導波管に取り付けられた各
整合素子支持軸の最適停止位置としては、各方向性結合
器の出力信号から求まる電圧定在波比もしくは反射係数
が最小で、しかも入射電力が最大の位置にするようにし
た。

【０００９】

【作用】高周波電源装置を作動させて各マグネトロンを
動作開始させて高周波加熱を開始させると、制御装置は
各回転駆動装置を制御して各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、各駆動行程中の予
め定められた複数の駆動位置における各方向性結合器の
出力信号を取り込み、それらを記憶する。制御装置はそ
れら記憶された各信号群中から加熱室と各マグネトロン
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
各一つ見出し、それら各検出信号の検出された各駆動位
置を確認してその位置へ各駆動装置を駆動する。

【００１０】本発明にあっては、各整合素子が各矩形導
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、各整合素子支持軸を回転させたと
きの各スタブは、各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。

【００１１】また、制御装置は、各マグネトロンが動作
開始する高周波加熱開始初期に、各方向性結合器の出力
信号から求まる各反射電力、各電圧定在波比もしくは各
反射係数に関する信号のうちのいずれかをそれぞれ比較
し、より大きい値の得られた方向性結合器の取り付けら
れている方の整合素子支持軸の最適停止位置をまず決定
し、その後残された方向性結合器の取り付けられた方の
整合素子支持軸の最適停止位置を決定するようにしても
よい。

【００１２】さらに、各矩形導波管に取り付けられた各
整合素子支持軸の最適停止位置については、各方向性結
合器の出力信号から求まる電圧定在波比もしくは反射係
数が最小で、しかも入射電力が最大の位置にすることに
より、加熱室と各マグネトロンは最も能率よく作動す
る。

【００１３】

【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、２ａ、２ｂはそれぞれ
この加熱室１の側壁に開設された高周波給電口である。
３ａ、３ｂはマグネトロンであり、４はそれらのマグネ
トロン３ａ、３ｂを駆動する高周波電源装置、５ａ、５
ｂはそれぞれ一側にてマグネトロン３ａ、３ｂ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３ａ、３ｂで発生した高周波電力を加熱室１の
高周波給電口２ａ、２ｂへ伝送してマグネトロン３ａ、
３ｂと加熱室１とを接続する矩形の導波管である。

【００１４】６ａ、６ｂ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、各矩形導波管５ａ、５
ｂの長辺のほぼ中央つまり各マグネトロン３ａ、３ｂの
接続部と加熱室１の接続部の中間部において、各マグネ
トロン３ａ、３ｂ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。

【００１５】１０ａ、１０ｂは各矩形導波管５ａ、５ｂ
の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）製の整合素子支持軸で、１１ａ、１１
ｂはそれら整合素子支持軸１０ａ、１０ｂの導波管５
ａ、５ｂ内側に取り付けられた整合素子である。１２
ａ、１２ｂはそれら整合素子１１ａ、１１ｂ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５ａ、５ｂ内に伝送されるマイクロ波の管内波長のほ
ぼ１／４にして整合素子支持軸１０ａ、１０ｂに同心状
に取り付けられたものである。１３ａ、１３ｂは円板ベ
ース１２ａ、１２ｂ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。

【００１６】１４ａ、１４ｂは整合素子支持軸１０ａ、
１０ｂ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、１５は方向性結合器６
ａ、６ｂ、回転駆動装置１４ａ、１４ｂ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。

【００１７】なお、各円板ベース１２ａ、１２ｂに対し
て各スタブ１３ａ、１３ｂ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、
整合素子支持軸１０ａ、１０、円板ベース１２ａ、１２
ｂ、回転駆動装置１４ａ、１４ｂ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。

【００１８】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、２個のマグネトロン３
ａ、３ｂの発振が開始されると、高周波電力は各矩形導
波管５ａ、５ｂを通って加熱室１内に供給され、食品１
６の誘電加熱を開始する。

【００１９】すると、制御装置１５はまず各方向性結合
器６ａ、６ｂの出力信号を取り込んで、加熱室と各マグ
ネトロン３ａ、３ｂとの結合度としての電圧定在波比(V
SWR)を求める。そしてそれらの値のうち大きい値の得ら
れた方の導波管に取り付けられた回転駆動装置たとえば
１４ａを制御して、整合素子支持軸１０ａを例えば１８
０度回転駆動する。実際その駆動は、円板ベース１２ａ
回転中心から外れた位置に取り付けられているスタブ１
３が矩形導波管５ａ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。

【００２０】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回転駆動位置（回転角度位
置）において方向性結合器６ａ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１
５はそれらの記憶された信号群の中からマグネトロン３
ａ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１０ａの回転駆動位置つまり回
転駆動装置１４ａの駆動位置を確認し、その駆動位置へ
整合素子支持軸１０ａが移動するよう回転駆動装置１４
ａを制御する。

【００２１】こうして一方の導波管５ａ側の最適結合状
態が得られた後、引き続き残された導波管５ｂ側の最適
結合を得るための作業を実行する。

【００２２】なお最適結合状態は、整合素子１１ａ、１
１ｂの回転駆動時に方向性結合器６ａ、６ｂで検出され
る入射、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。

【００２３】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１６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。

【００２４】また、整合素子支持軸１０ａ、１０ｂ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１３ａ、１３ｂ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。

【００２５】さらに、各マグネトロン３ａ、３ｂからみ
て食品１６側に方向性結合器６ａ、６ｂを取り付けたの
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。

【００２６】以上の説明では、整合素子支持軸１０ａ、
１０ｂ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５ａ、５ｂ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。

【００２７】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。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、２個のマ
グネトロンを取り付けた高周波加熱装置において、個々
のマグネトロンと加熱室のインピーダンス整合を確実に
実現することができるようになった。それにより、高効
率、高能率の加熱作業が可能となったとともに、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矩形導波管の一部切
欠き斜視図である。

【図５】整合素子が取り付けられた矩形導波管天井部の
上面図である。

【符号の説明】

１ 加熱室 ３ａ、３ｂ マグネトロン ４ 高周波電源装置 ５ａ、５ｂ 矩形導波管 ６ａ、６ｂ 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 １０ａ、１０ｂ 整合素子支持軸 １１ａ、１１ｂ 整合素子 １２ａ、１２ｂ 円板ベース １３ａ、１３ｂ スタブ １４ａ、１４ｂ 回転駆動装置 １５ 制御装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 食品（１６）を収納する加熱室（１）
   と、この加熱室の外部にてマイクロ波を発振する少なく
   とも２個のマグネトロン（３ａ、３ｂ）と、各一側にて
   これらマグネトロンの各一つと接続するとともに各他側
   にて前記加熱室の少なくとも２か所と接続して前記各マ
   グネトロンと前記加熱室とをそれぞれ接続する矩形導波
   管（５ａ、５ｂ）と、前記各マグネトロンを駆動する高
   周波電源装置（４）と、前記各矩形導波管の一壁であっ
   て前記各マグネトロンとの接続部と前記加熱室との接続
   部の間にそれぞれ取り付けられて前記各矩形導波管内に
   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（６ａ、６ｂ）と、前記各矩形導波管の一壁の
   内側の前記各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から偏倚し
   た位置にそれぞれ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（１００ａ、１
   ０ｂ）と、前記各矩形導波管内にて前記各整合素子支持
   軸にそれぞれ取り付けられて回転駆動される導電材料製
   の整合素子（１１ａ、１１ｂ）と、前記各矩形導波管外
   にて前記各整合素子支持軸をそれぞれ所定の行程につい
   て回転駆動するとともに各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それぞれ出力する回
   転駆動装置（１４ａ、１４ｂ）と、そして前記高周波電
   源装置を作動させて前記各マグネトロンの発振を開始さ
   せたときに前記各回転駆動装置を作動させて前記各整合
   素子支持軸を回転駆動するとともに各駆動行程中の予め
   定められた複数の回転駆動位置毎の前記各方向性結合器
   の検出信号を取り込んで記憶するほかそれら各方向性結
   合器毎に記憶された検出信号群の中から前記各回転駆動
   装置の最適停止位置を決定するために前記各検出信号群
   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
   れた各回転駆動位置へ前記各整合素子支持軸を回転駆動
   するよう前記各回転駆動装置を制御する制御装置（１
   ５）とで構成された高周波加熱装置。
2. 【請求項２】前記制御装置は、前記各マグネトロンが動
   作開始する高周波加熱開始初期に前記各方向性結合器の
   出力信号から求まる各反射電力、各電圧定在波比もしく
   は各反射係数に関する信号のうちのいずれかをそれぞれ
   比較し、より大きい値の得られた前記方向性結合器の取
   り付けられている方の前記整合素子支持軸の最適停止位
   置をまず決定し、その後残された前記方向性結合器の取
   り付けられた方の前記整合素子支持軸の最適停止位置を
   決定するようにし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】 前記各矩形導波管に取り付けられた前記
   各整合素子支持軸の最適停止位置とは、前記各方向性結
   合器の出力信号から求まる電圧定在波比もしくは反射係
   数が最小で、しかも入射電力が最大の位置であることを
   特徴とする請求項１または２記載の高周波加熱装置。