(57)【要約】【課題】本発明は設備型電子レンジの効率向上を目的とするものである。【解決手段】前後左右対称形状の加熱室１の天面中央に垂直部３ｃを有し、４５度曲げ部３ｂを経てマグネトロン５が取り付けられる水平部３ａに至る導波管３を設け、スタラー羽根４を加熱室中央軸上で回転させたものである。従って加熱室１内部は前後左右対称電界分布が得られ、導波管３は進行方向に対して最大でも４５度の曲げしかないので、高域通過特性を有し、適切な動作点を設定すれば高効率が得られるという効果がある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネトロンと、略前後左右対称形状の加熱室と、両者を結ぶ導波管と、スタラー羽根及び駆動機構とを有し、導波管は水平部、垂直部及び両者間の４５度曲げ部とから成り、垂直部は加熱室の天面中央に、水平部は加熱室天面外部に位置せしめ、マグネトロンを取り付け、スタラー羽根の回転軸を加熱室中央に設け、前記４５度曲げ部から外部駆動機構に結合させてなる電子レンジ。
【請求項２】
加熱室天面中央に凹部を設け、導波管の垂直部及びスタラー羽根は共に凹部に収納した請求項１記載の電子レンジ。
【請求項３】
導波管の４５度曲げ部に金属を取り付け、両者を貫通して加熱室中心に一致した孔を開け、この孔にスタラー羽根の誘電体製軸を勘合させた請求項１または２記載の電子レンジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子レンジ、特に本格的オーブンと組み合わされた設備型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の電子レンジは図７に記載されているようなものが一般的であった。この電子レンジは図７に示すように加熱室１の天面中央に設けられた円錐台形の凹部２のさらに上面中央に導波管３を結合し、軸４ａと羽根４ｂとで構成される回転アンテナ４の軸４ａを導波管３内部に挿入し、羽根４ｂを凹部２内部で回転させる構成となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
設備型の本格的オーブン、特に欧米で用いられているものは、例えば５００℃程度の高温で汚れを焼き切る方式や、壁面に触媒作用を有する表面処理を施した金属を採用する方式の如く、加熱室の構成材料としては断熱材を裏打ちした金属が必要とされる。電子レンジを組み合わせた場合、マイクロ波の供給及び、攪拌機能を持たせる空間は当然ながら金属の無い部分となり、その部分が大きければ大きい程、オーブンの加熱性能や熱効率を低下させる結果を招きかねない。その点、前記従来例では、金属の無い部分は加熱室１の天面中央の凹部２に限定されているので、本格的オーブンとしての機能を十分有しながら電子レンジの機能をも持たせる事が可能なのである。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５９−４２７９５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の本格的オーブンと組み合わされた電子レンジでは、適切な動作点でマグネトロンを動作させているにも関わらず加熱効率が低いという課題があった。壁面にホーロー処理を施す為とか、加熱室内部に設けられたシーズヒーターがマイクロ波を吸収する為などが主な原因であると一般に言われるが、定量的な解析が十分なされているとは言い難く、またそれ以外の原因の有無も十分に検討済みとは思えない。
【０００６】
適切な動作点とは、当業者には常識であるが、以下の手順で確認される。まず図２に示す如きマグネトロン動作測定装置でマグネトロン出力をあらかじめ測定する。測定時に金属棒の挿入深さと位置が可変である金属棒挿入装置１０の挿入情報と出力値の関係を把握しておき、次にマグネトロン５のアンテナ位置から２、４５０±１５ＭＨｚ程度の範囲の微弱信号を放射し、反射信号の強度、位相から負荷インピーダンスを計算し、図３の如く金属棒の挿入情報をスミス図上に描き、その上に前記出力値を載せ、図４の如く等出力線として描いたものを準備しておく。その上で、図７のマグネトロンアンテナの位置から見た負荷インピーダンスを同様の方法で測定し、スタラー羽根の回転に伴うインピーダンス変化軌跡を図５の様にスミス図上に描いた時、図４の最大出力領域とこの軌跡とが一致する事を適切な動作点であると言う。
【０００７】
図２のマグネトロン測定装置は、基本的に断面が長方形の直線状標準導波管３の一端にマグネトロン５を、他端に無反射終端１１を設け、両者の間に前述の金属棒挿入装置１０と方向性結合器１２を入れ、方向性結合器１２には電力測定器１３を設けたものである。また、インピーダンス測定に用いられる微弱信号の周波数が２、４５０±１５ＭＨｚ程度であるのは、実際のマグネトロンの発信周波数のピーク値がその程度だからである。この一連の方法を俗にコールドインピーダンス法と呼び、手軽で、かつ再現性に優れている為、広く使われている。このコールドインピーダンス法では２、４５０±１５ＭＨｚ程度の微弱信号で見る限り最大出力が出る条件を満たしている事が確認できる訳である。
【０００８】
しかしコールドの命名から推察される如く、ホットと称されるマグネトロンを実際に動作させた状態での動作点を見る方法が一方にある。発熱による動作状態の変動などの為に再現性が劣り、高電圧を扱う事も相まって、最近はほとんど利用されないが、コールドとホットとは同一結果が出ない、コールドは実際の動作を必ずしも反映していないとも言われている。
【０００９】
そこでコールド法による測定を検証する意味で、マグネトロンの発振原理を紐解いて見る。一般に、発振条件を数式で表現する方法の一つとして、ある点から両側を見たアドミッタンスの和がゼロになる事を利用する方法があるのでこれをマグネトロンに用いる。陽極面から内側の電子流を見た時のアドミッタンスをＹｅとし、外側の陽極回路及び外部接続負荷との合成アドミッタンスをＹｃとすると、発振条件はＹｅ＋Ｙｃ＝０である。まずＹｅを考察する。広く用いられている陽極を８分割したマグネトロンにおける正常姿態であるπ型姿態は隣接共振器間の位相推移θがπラジアンに等しく、陽極陰極間の電位は図６の様に台形形状であり、交流電界Ｖａｃは次式の無限級数和で表される。
【００１０】
【数１】
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【００１１】
但しφは、陰極の中心をｚ軸とした円筒座標ρφｚにおける円周方向成分であり、Ｖｋはｋ次高調波の振幅である。波形のフーリエ解析で知られる如く、高調波成分が無ければ正弦波形状であり、無限の高調波成分の存在により台形形状をなす訳である。この式における高調波とは円周方向φにおけるものであり、時間変化はあくまでもｃｏｓωｔで表現される単一周期である。電子流はこの電界に同期して周回運動を行っている。ただし、同期周回する為には必ずしも同一角速度である必要はない。整数ｋ倍の角速度で周回する電子流も存在し得る。マグネトロンのπ型姿態における電子流の角速度と電界の角周波数との間にはｄφ／ｄｔ＝４ωの関係があるから、電子流中のｋ次高調波成分ｋφは、角周波数ｋωの電界にも同期し得る。電子流のアドミッタンスＹｅの中身には以上の理由から、ｋωに対応する成分が含まれると考えられる。従って発振条件Ｙｅ＋Ｙｃ＝０から、回路アドミッタンスＹｃにもｋω対応成分が必須と言える。
【００１２】
この点、図２のマグネトロン測定装置に用いられている直線状導波管は、高域通過特性を持つから、基本周波数ωだけでなく、ｋωの高調波領域も減衰無しに通過する。一方、図７の、コールドインピーダンス法で適切な動作点に設定したにも関わらず効率が低い従来例は、一端が短絡されたＴ型分岐構造であるから、当業者には１／４波長チョークの原理として良く知られる様に、アンテナの軸から短絡端までの距離が１／４波長に等しい周波数及びその奇数次高調波は通過しない。つまりＴ型分岐は帯域通過特性を有する。帯域外の高調波領域では飛び飛びの遮断領域を持つと考えられる。例えば、通過しない周波数のｎ倍がマグネトロンの発振周波数のｍ次高調波と一致あるいは接近した場合である。その結果回路アドミッタンスＹｃの高調波領域には飛び飛びのゼロ点が存在する事になる。これが、２、４５０±１５ＭＨｚ程度の微弱信号で見る限り最大出力が出る条件を満たしているにも関わらず図７の従来例の効率が低い事の原因であると推測される。
【００１３】
この推測は、Ｔ分岐構造を用いず、高調波領域も通過可能な構成にすれば効率向上が図れる事を示唆するものである。Ｔ分岐構造は導波管を直角に曲げる必要上、採用されたものであるから、Ｔ分岐を用いずに直角に曲げる方法が必要となる。最初に考えられるのは、Ｌ字形状に曲げられた導波管を用いる事であるが、この方式も高域通過ではなく、帯域通過特性を持つ。一般に導波管はＨ０１モードで用いられるから進行方向に垂直な電界が発生している。一方、良く知られる如く金属表面では電界の平行成分はゼロであるから、Ｌ字形状に曲げられた面上ではこのＨ０１モードの電界はゼロとなる。つまりＨ０１モード進行波に対する短絡点として機能する訳である。進行波の全エネルギーが短絡されるのではないが、周波数によって短絡点までの位相が異なり、場合によって大きな影響を受ける可能性がある。従って周波数特性を持つのである。
【００１４】
これを裏付けるように、当業者の経験的知識として、過去にはＬ字状直角曲げ導波管を用いると吸い込みを起こすと言われた時期があった。これはガラス管製マグネトロンが採用されていた当時、反射波が大きいと、アンテナ周囲のガラス管が部分加熱を受けて溶け、空気が浸入してマグネトロン破壊に至る現象を吸い込みと呼び、Ｌ字状直角曲げ導波管では頻度が高い経験に基づく経験則である。
【００１５】
短絡点を持たない形状としては、急激に直角に曲げず、大きな半径の円周状に緩やかに曲げる形状が最も望ましいが、民生機器としてあまり実用的ではない。次善の方法として４５度曲げ導波管、つまり隣接する二つの壁面角度が１３５度である部分を二箇所連続して設ける方式が考えられる。これならばＨ０１モード進行波の電界に対して壁面は４５度の角度を持つので、短絡点とはならない。４５度曲げ導波管も周波数特性が皆無ではないが、短絡点を有する場合と比較して十分小さいと言える。前述の吸い込み現象の解決策として、４５度曲げ導波管が推奨されていた事を付記する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、マグネトロンと、略前後左右対称形状の加熱室と、両者を結ぶ導波管と、スタラー羽根及び駆動機構とを有し、導波管は水平部、垂直部及び両者を結ぶ４５度曲げ部とから成り、垂直部は加熱室の天面中央に、水平部は加熱室天面外部に位置せしめ、マグネトロンを取り付け、スタラー羽根の回転軸を加熱室中央に設け、前記４５度曲げ部から外部駆動機構に結合させたものである。
【００１７】
上記発明によれば加熱室が略前後左右対称形状であり、導波管の垂直部及びスタラー羽根の回転軸が共に加熱室の中央に設けたので加熱室内は前後左右対象電界分布が得られる。また導波管は直線及び４５度曲げ形状で形成されるので、高域通過性能を有し、マグネトロンを適切な動作点で動作させれば高効率が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１にかかる電子レンジはマグネトロンと、略前後左右対称形状の加熱室と、両者を結ぶ導波管と、スタラー羽根及び駆動機構とを有し、導波管は水平部、垂直部及び両者を結ぶ４５度曲げ部とから成り、垂直部は加熱室の天面中央に、水平部は加熱室天面外部に位置せしめ、マグネトロンを取り付け、スタラー羽根の回転軸を加熱室中央に設け、前記４５度曲げ部から外部駆動機構に結合させたものである。
【００１９】
そして、加熱室が略前後左右対称形状であり、導波管の垂直部及びスタラー羽根の回転軸が共に加熱室の中央に設けたので加熱室内は前後左右対象電界分布が得られる。また導波管は直線及び４５度曲げ形状で形成されるので、高域通過性能を有し、マグネトロンを適切な動作点で動作させれば高効率が得られる。
【００２０】
本発明の請求項２にかかる電子レンジは加熱室天面中央に凹部を設け、導波管の垂直部及びスタラー羽根は共に凹部に収納したものである。
【００２１】
そして、凹部の高さは設計上、往々にして３０ｍｍ前後、つまり２、４５０ＭＨｚの約１／４波長近辺になり兼ねない。そうなると導波管と凹部との不連続による反射波と、凹部と加熱室との不連続による反射波との位相差が９０度となり、一方を打ち消す方法を施せば他方が増大する為、インピーダンスの整合が困難となり、必然的に効率低下を招いてしまう。導波管垂直部を凹部内部に設ける事によりこの１／４管内波長線路をバイパスし、導波管と加熱室との不連続のみによる反射波に限定できるので、通常の設計業務に帰着し、効率向上が望める。
【００２２】
本発明の請求項３にかかる電子レンジは導波管の４５度曲げ部に金属を取り付け、両者を貫通して加熱室中心に一致した孔を開け、この孔にスタラー羽根の誘電体製軸を勘合させたものである。
【００２３】
そして、垂直な円柱形状のスタラー軸を４５度傾斜部分通過させた事により導波管垂直部の上部空間で駆動機構に接続可能となる。４５度傾斜面を円形軸が接触せずに通過するにはおきな楕円形状の孔が必要となり、その孔を通しての漏洩電波が懸念されるが、スタラー軸と勘合する丸孔が開けられた金属製スタラー受け６が取り付けられるので漏洩を減少させることができる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００２５】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の正面方向から見た主要部断面図である。
【００２６】
図１において、金属板で構成され、略直方体の形状を持つ加熱室１の天面中央に、円錐台形の凹部２を設け、そのさらに上面中央に導波管３の垂直部３ｃを結合する。この中央にアルミナ磁器製のスタラー軸４ａを貫通させ、その下部は導波管垂直部３ｃ直下でアルミナ磁器製の支持板４ｂに固定され、その先端は金属製スタラー羽根４ｃを保持する。スタラー軸上端はステンレスバネ鋼製でＴ字形状を有する受動レバー４ｄが取り付けられる。導波管３の垂直部３ｃ上部は凹部２外部で４５度傾斜面を持つ４５度部３ｂに続き、さらにその先は水平部３ａとなる。水平部３ａは凹部外部で４５度未満の角度で二箇所曲げられ、略Ｚ字形状を形成して位置を下げ、先端にマグネトロン５が取り付けられる。
【００２７】
４５度部３ｂの中央には楕円形の孔が開けられ、この孔を塞ぐ位置に、この孔と同軸の丸孔を持つ金属製のスタラー軸受け６が固定される。前記スタラー軸４ａの上端はこの両者を貫通して外部に突き出し、スタラー軸受け６の上部で前述の受動レバー４ｄが固定される。スタラーモーター７はその出力軸をスタラー軸４ａと一致させて固定され、出力軸先端には逆Ｌ字形の駆動レバー８が取り付けられ、前記受動レバー４ｄと勘合する。凹部２はガラス板９で塞がれ、その下にはシーズヒーター１０が取り付けられる。
【００２８】
次に動作、作用について説明すると、マグネトロン５で発生したマイクロ波は導波管３の水平部３ａから前述の略Ｚ字型部及び４５度傾斜部３ｂを経て、垂直部３ｃに達する。この垂直部３ｃから放射され、加熱室１内部に置かれた食品に到達、吸収される。吸収されずに反射される一部分は逆の経路を経てマグネトロン５に戻る。導波管３の進行途中には進行波に対して４５度以下の壁面のみを有し、進行波を短絡する様な、電界と平行な壁面が進行方向に無いので高域通過特性を持ち、前述の様に適切な動作点に設計すれば高効率が得られる。
【００２９】
円錐台形状たる凹部２の高さを３０ｍｍ程度に設定した場合、導波管垂直部３ｃを省略すると前述のコールドインピーダンス法で測定した動作点が広範囲に拡大し、効率及び出力が大幅に低下する。垂直部３ｃを設ける事により動作点が狭まり、効率、出力が増加するのである。
【００３０】
加熱室１が略直方体であり、その天面中央に導波管垂直部３ｃが設けられているので加熱室内部には前後左右対象な電界分布が期待できる。前後左右対称を維持する為、スタラー軸４ａは同じく加熱室中央及び導波管垂直部の中央に位置する。４５度曲げ部３ｂを設け、垂直部３ｃの上部に空間が生じた事によりスタラー軸４ａの先端が導波管の外部に突き出せ、スタラーモーター７と結合する事が可能となった。
【００３１】
本実施例ではスタラー空間として凹部２を設けているが、これを省略し、平坦な加熱室天面中央から導波管の垂直部３ｃを直接下方に向ける事も可能である。またマグネトロン５は加熱室１の天面上に配置したが、導波管の水平部３ａを右に伸ばし、マグネトロン５を加熱室の右側に配置する事もできる。
【００３２】
いずれにしろ本発明の主旨は、略前後左右対象形状の加熱室の天面中央に、進行方向に対して４５度以下の曲げのみで構成された導波管の終端を、前後左右対称状態で取り付けたものであり、それにより加熱室内部の前後左右対象電界分布と、高効率とを同時に得るものである。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に係る電子レンジは、マグネトロンと、略前後左右対称形状の加熱室と、両者を結ぶ導波管と、スタラー羽根及び駆動機構とを有し、導波管は水平部、垂直部及び両者を結ぶ４５度曲げ部とから成り、垂直部は加熱室の天面中央に、水平部は加熱室天面外部に位置せしめ、マグネトロンを取り付け、スタラー羽根の回転軸を加熱室中央に設け、前記４５度曲げ部から外部駆動機構に結合させたものである。
【００３４】
そして、加熱室が略前後左右対称形状であり、導波管の垂直部及びスタラー羽根の回転軸が共に加熱室の中央に設けたので加熱室内は前後左右対象電界分布が得られる。また導波管は直線及び４５度曲げ形状で形成されるので、高域通過性能を有し、マグネトロンを適切な動作点で動作させれば高効率が得られるという効果がある。
【００３５】
また、請求項２に係る電子レンジは加熱室天面中央に凹部を設け、導波管の垂直部及びスタラー羽根は共に凹部に収納したものである。
【００３６】
そして、凹部の高さは設計上、往々にして３０ｍｍ前後、つまり２、４５０ＭＨｚの約１／４波長近辺になり兼ねない。そうなると導波管と凹部との不連続による反射波と、凹部と加熱室との不連続による反射波との位相差が９０度となり、一方を打ち消す方法を施せば他方が増大する為、インピーダンスの整合が困難となり、必然的に効率低下を招いてしまう。導波管垂直部を凹部内部に設ける事によりこの１／４管内波長線路をバイパスし、導波管と加熱室との不連続のみによる反射波に限定できるので、通常の設計業務に帰着し、効率向上が望めるという効果がある。
【００３７】
また、請求項３に係る電子レンジは導波管の４５度曲げ部に金属を取り付け、両者を貫通して加熱室中心に一致した孔を開け、この孔にスタラー羽根の誘電体製軸を勘合させたものである。
【００３８】
そして、垂直な円柱形状のスタラー軸を４５度傾斜部分通過させた事により導波管垂直部の上部空間で駆動機構に接続可能となる。４５度傾斜面を円形軸が接触せずに通過するにはおきな楕円形状の孔が必要となり、その孔を通しての漏洩電波が懸念されるが、スタラー軸と勘合する丸孔が開けられた金属製スタラー受け６が取り付けられるので漏洩を減少させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における電子レンジの要部断面図
【図２】動作原理説明に用いた、マグネトロン動作測定装置の断面図
【図３】動作原理説明に用いたスミス図表を示す図
【図４】動作原理説明に用いたマグネトロンの等出力線図
【図５】スミス図表上に描いた動作点を示す図
【図６】マグネトロン陽極とその電圧との関係図
【図７】従来の電子レンジの要部断面図
【符号の説明】
１  加熱室
３ａ  導波管水平部
３ｂ  導波管４５度曲げ部
３ｃ  導波管垂直部
４  スタラー羽根
４ａ  スタラー軸
４ｄ  受動レバー（駆動機構）
５  マグネトロン
７  スタラーモーター（駆動機構）
８  駆動レバー（駆動機構）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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