(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
食品を収納し加熱する加熱室と、マイクロ波発生源たるマグネトロンと、両者を結合する導波管と、電界強度センサーと、移相器と、電界強度センサーと移相器とを結合する制御器とを有し、前記電界強度センサーは前記マグネトロンが出力最大を得る状態に於ける導波管内定在波の電界最小位置に取り付けられ、前記制御器は前記電界強度センサー出力が減少する方向に相を移動する制御を行う事を特徴とする電子レンジ。
【請求項２】
食品を収納し加熱する加熱室と、マイクロ波発生源たるマグネトロンと、両者を結合する導波管と、前記導波管と結合された方向性結合器と、電界強度センサーと、移相器と、前記電界強度センサーと前記移相器とを結合する制御器とを有し、前記電界強度センサーは前記方向性結合器の進行波側終端付近に配置され、前記制御器は前記電界強度センサー出力が増大する方向に相を移動する制御を行う事を特徴とする電子レンジ。
【請求項３】
電源交流波形１サイクルに等しい時間間隔で電界強度センサーの出力を取り込む事を特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子レンジ。
【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の加熱効率向上に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子レンジの最大の長所は秒速加熱、高速加熱であるから、この能力改善は常に当業界の重大関心事である。高速化イコール高出力化であり最近は８００Ｗ、９００Ｗの大出力商品が一般家庭に入ってきた。さらなる出力アップが望まれる所であるが、電源容量に制限が有るため入力増大はもはや不可能であり、高出力化競争は高効率化競争に転じ、個々の構成部品一つ一つの改良、効率向上の積み重ねが必要となってきた。しかしマグネトロンをはじめ電子レンジ部品の効率向上は、従来から突き進んで来た低価格化とは一般的には逆方向にある為なかなか進まず、高速化の歩みは鈍化傾向にある。
【０００３】
原点に戻り、加熱の高速化とは何かを考えて見ると、使用者の立場から言えば例えば冷ご飯一杯の温めに１分必要であったものが５５秒になり、５０秒になる事である。電子レンジの出力の定義は２リットルの水に吸収される熱量で規定されているから、出力が大きくなればなる程２リットルの水の温度上昇が早くなる。ところが冷ご飯を含め、酒や少量の牛乳等には規定が無く、出力の大きさとこれら少容量食品の加熱時間との間には必ずしも逆比例関係にはなっていなかった。
【０００４】
電子レンジの出力、例えば６００Ｗとは、２分間に２リットルの水温を約８．６℃上昇させる能力である。したがって水量を１リットルに半減させると半分の時間１分で同一温度上昇が得られ、あるいは同じ２分では倍の約１７．１℃上昇するはずであるが、実際はそれより低い温度上昇しか得られない。この水量１リットルの温度上昇をワット換算すれば例えば５４０Ｗである。さらに水を０．５リットル、０．２５リットルと半減し続けると４９０Ｗ、４００Ｗと言った具合に食品容量の減少に伴い吸収される熱量も低下し続け、ご飯一杯では熱量がさらに低下してしまう。
【０００５】
この食品容量による吸収熱量変化（出力変化）は電子レンジに使われているマグネトロンの性質に起因する。図９（ａ）はその性質の一つを表現したリーケ線図とよばれるものであり、マグネトロンの負荷インピーダンスを表す極座標上にマグネトロンの出力性能を表した図である。食品の形状、材質、大きさ、あるいは食品を置く位置により、負荷としての等価インピーダンスが変化し、それに伴いマグネトロンの出力が決定される状況が表される。リーケ線図は導波管の様な分布定数線路を対象としており、極座標の半径方向は分布定数線路上の定在波比を表し、円周方向は分布定数線路上の位相を表す。
【０００６】
図９（ａ）の極座標に細い実線で描かれた等高線状の模様は等出力線であり、右下の楕円形状内部が最高出力領域である。またそれを横切る太線で描いた半径は最高出力位相を表す。右下方の不規則な一筆書き状の太い実線は水２リットルの等価インピーダンスが描いた軌跡例である。水はターンテーブル上に置かれて回転する。マグネトロンからの距離が変化するので、マグネトロン位置から測定したインピーダンスも変化し、１回転により元の位置に戻る為に一筆書きを形成する。水２リットルによるこの一筆書きが最高出力領域に位置すべく設計者は努力するのである。
【０００７】
これに対し、上半部から左半分に大きく広がる太線一筆書きは、ご飯一杯が描く等価インピーダンス軌跡であり、前述の右下楕円内部の高出力領域をほとんど通過していない例である。低出力領域のみに軌跡が集中している事が、ご飯一杯に吸収される熱量が小さくなる原因である。ご飯一杯は分量、材質、盛り付け状態等のバラツキが大きい為、一筆書きの形状、位置は一定せずに大きく変化し、仮に、限られた条件の時に高出力領域に入ったとしても置く位置を僅かに変えただけでも低出力域に移動する。さらにはご飯の温まり具合、温度変化によってもインピーダンスが変化する。その点、水２リットルのインピーダンスは安定しており、しかも出力規定に於いては容器や置き場所、水温が限定されているので高出力領域内部に閉じこめる事が可能なのである。
【０００８】
それではご飯の等価インピーダンスが低出力領域に有る場合、高出力領域に移動させる事は出来ないのであろうか。マイクロ波通信に於いてインピーダンス変換、位相変換等の技術が広く用いられている事はこれ又当業者には良く知られている事である。
【０００９】
食品のインピーダンスは図９（ａ）に示した如く、現実に測定可能であり、またフェライトを用いたフェイズシフター（移相器）や誘電体板を平行移動させる方式の移相器等も古くから知られているから、両者を組み合わせ、図９（ｂ）に示す様に測定されたインピーダンスの位相だけでも最高出力位相へ移動させれば効率向上、出力向上に結びつくと考えられる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら種々の問題があり、現在まで実現された例は見あたらない。実現を妨げる課題の主なものを以下説明する。
【００１１】
第一はインピーダンス測定のコストが課題となる。通信機用は百万円単位の価格であり、測定原理から推定する限り大量生産されたとしても、家電商品に搭載できるまでの価格に下がるとは考えられない。電子レンジ自体の価格が１万円前後まで低下しているからである。
【００１２】
第二はインピーダンスの動的測定法未確立が挙げられる。図９を描くにはマグネトロンの替わりに形状類似の擬似アンテナを取り付け、安定した小出力マイクロ波発信源からの信号を発射、その反射波を測定する方法を用いる。一方６００Ｗで動作するマグネトロンからは、商用電源５０又は６０Hzの交流と直流変換後インバーターで再変換された２０KHz程度の高周波とが重畳した波形の振幅を有し、２、４５０Hz付近を中心として上下十数MHz程度変動する周波数とを持つマイクロ波が発射されるから、安定な定常状態での測定を前提とした上述の高価な通信機用測定器を用いても測定は出来ない。新たな測定方法の確立が必要である。
【００１３】
付随する第三の課題としてインピーダンス又は位相を変化させる手段の低価格化及び高速化がある。前述したフェライトのフェイズシフターは電子式であるから高速動作が可能であるが何分高価である。誘電体板を平行移動させる方式は機械的な直線運動部を有するので高速化が困難であり、仮に実現されたとしても高速動作による摺動部の耐久性、信頼性が新たな課題となる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決し、限られた電源容量の範囲内で、単に水２リットルに対する出力を増大させるのではなく、冷やご飯一杯の加熱時間それ自体の短縮を目的とし、以下の手段をとるものである。
【００１５】
食品を収納し加熱する加熱室と、マイクロ波発生源たるマグネトロンと、両者を結合する導波管と、電界強度センサーと、移相器と、電界センサーと移相器の両者を結合する制御器とを有し、電界強度センサーはマグネトロンが出力最大を得る状態に於ける導波管内定在波の電界最小位置に取り付け、制御器は電界強度センサー出力が減少する方向に相を移動する制御を行う構成である。
【００１６】
また、食品を収納し加熱する加熱室と、マイクロ波発生源たるマグネトロンと、両者を結合する導波管と、これと結合された方向性結合器と、電界強度センサーと、移相器と、電界センサーと移相器の両者を結合する制御器とを有し、電界強度センサーは方向性結合器の進行波側終端付近に配置され、制御器は電界強度センサー出力が増大する方向に相を移動する制御を行う構成である。
【００１７】
さらなる手段として電界強度センサーは電源交流波形１サイクルに等しい時間間隔で電界強度センサーの出力を取り込む構成である。
【００１８】
上記発明による作用が良く理解される為に、リーケ線図（図９）と導波管内部の電界（図１０）との関係及び方向性結合器を簡単に説明する。前述の如く図９、リーケ線図の半径方向は定在波比の大きさを表すから図１０のａ／ｂを表す。中心は定在波比１つまりａ＝ｂであり、最外周は定在波比無限大、つまりｂ＝０を意味する。リーケ線図の円周方向は位相を表し、基準位置、通常はマグネトロンの位置、から電界最大（または最小）の位置までの距離に比例する。図１０に実線で描いた波形の基準位置からの距離ｃと、少し横に移動した位置に破線で描いた波形の距離ｄとは図９のリーケ線図では異なった位相（角度）で示される。ｄ−ｃが１／２波長に等しい場合はリーケ線図を一周し、等しい位置を占める。
【００１９】
定在波は、マグネトロンから食品に向かう波、進行波と、食品から反射されてマグネトロンへ戻る波、反射波とが合成されてできた波形であり、反射波０の時に定在波比１となり、反射波が進行波と等しい時に定在波比無限大となる。従って進行波と反射波とを測定してもリーケ線図は描ける。方向性結合器は進行波と反射波とを分離して取り出す機能を持つ。
【００２０】
さて、上記発明によれば電界強度センサーはマグネトロンが出力最大を得る状態に於ける導波管内定在波の電界最小位置に取り付けられ、制御器は電界強度センサー出力が減少する方向に相を移動する制御を行うので、結果的に制御器はマグネトロンが出力最大を得る位相に移相器を動かす事になる。例えば図１０の実線で描いた波形の時の等価インピーダンスが図９のマグネトロン最大出力位相上に位置すると仮定する。この波形の電界最小位置、図１０のｅの位置に電界強度センサーが取り付けられる。冷やご飯加熱時に破線で描かれた波形であるとすれば、電界強度センサーが検出する電界強度は実線の場合よりも大きい。これを小さくなる様に位相を動かせば破線の波形は実線の波形に近づき、図９の最大出力位相へ移動する事になる。
【００２１】
また、他の構成では、電界強度センサーは方向性結合器の進行波側終端付近に配置され、制御器は電界強度センサー出力が増大する方向に相を移動する制御を行うので上述の様な説明をするまでもなく、制御器はマグネトロンが出力最大となる方向の位相に移相器を動かす事を理解されるであろう。
【００２２】
従ってどちらの構成に於いても、冷やご飯一杯の加熱の際に等価インピーダンスが低出力位相にあれば、出力増大する方向に移相器が位相を移動させるので大きな出力を得、より高速で加熱される効果を有する。またさらに電界強度センサーは電源交流波形１サイクルに等しい時間間隔で電界強度センサーの出力を取り込む構成であるから、電源交流波形に沿って変動を続ける導波管内部の電界の中から移相器が位相を移動させた影響を抽出する事ができる。
【００２３】
前述した第一の課題及び第二の一部は共にインピーダンス測定上の課題であり、本発明はインピーダンスそのものを測定せずに代用として特定位置の電界強度を測定し、移相器と結びつけて出力増大を実現する事により両課題を解決したものである。第二課題の中の未解決部分は電界波形変化の中に埋没した位相移動結果の抽出であるが、電源交流１サイクルに等しい時間間隔で電界強度センサーの出力を取り込み、１サイクル周期の前後比較をする事により解決した。付随する第三の課題は回転式の移相器採用により解決した。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明は食品を収納し加熱する加熱室と、マイクロ波発生源たるマグネトロンと、両者を結合する導波管と、電界強度センサーと、移相器と、電界強度センサーと移相器の両者を結合する制御器とを有し、電界強度センサーはマグネトロンが出力最大を得る状態に於ける導波管内定在波の電界最小位置に取り付け、制御器は電界強度センサー出力が減少する方向に相を移動する制御を行う構成である。
【００２５】
また、食品を収納し加熱する加熱室と、マイクロ波発生源たるマグネトロンと、両者を結合する導波管と、これと結合された方向性結合器と、電界強度センサーと、移相器と、電界強度センサーと移相器の両者を結合する制御器とを有し、電界強度センサーは方向性結合器の進行波側終端付近に配置され、制御器は電界強度センサー出力が増大する方向に位相を移動する制御を行う構成である。
【００２６】
さらに、電界強度センサーは電源交流波形１サイクルに等しい時間間隔で電界強度センサーの出力を取り込む構成である。
【００２７】
【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。
【００２８】
図１は本発明の電子レンジの導波管を示す。図１（ａ）は正面図及び図１（ｂ）は側面図である。図２はその導波管と加熱室とを示す斜視図である。導波管１は長方形断面を有する細長い箱状であり、箱の一端付近にマグネトロン２のアンテナを挿入する為の丸孔３を設け、反対側の端は４５度の傾斜面４及び開口５とを設ける。傾斜面４の手前、マグネトロン側にはステッピングモータ６を取付け、その出力に固定された誘電体製軸及び笠歯車７を導波管１内部に臨ませ、これと直角に勘合する笠歯車８及びその軸９を導波管壁面に固定された誘電体製軸受け１０で受け、長方形の薄い樹脂板１１は一方を前記軸９と、他方を軸１２とで同軸状に固定し、軸１２は導波管壁面に固定された誘電体製軸受け１３で回動自在に支持される。ステッピングモータ６から誘電体製軸受け１３まで及び導波管１とで移相器１４を構成する。
【００２９】
さらに手前、マグネトロン２側には小さな角孔１５が開けられ、その周囲には板金製の箱１６が設けられる。棒状アンテナ１７を中央に形成した低損失プリント基板から成る電界強度センサー１８はこの箱１６内部に入れられる。アンテナ１７の棒の方向と、角孔１５の長辺の方向とは直角を成し、両者の寸法、箱１６の形状寸法及び位置関係は効率良く電界を測定できる値に決められる事は言うまでも無い。また図には描いてないがセンサー１８の出力線は箱１６を貫通して箱の外部に引き出される。角孔１５の位置は水２リットルを加熱する時に導波管１内部に発生する定在波の電界最小位置とする。
【００３０】
図２に於いて、加熱室１９の側壁に前記導波管１がその開口５を介して結合され、底面には食品を乗せて回転するターンテーブル２０が設けられる。
【００３１】
図３は電界強度センサー１８の正面図であり、図４はその回路図である。両方同時に説明する。表裏両面に導箔を設けたプリント基板の裏面中央に前記棒状のアンテナ１７があり、そこから一定距離の外側は全面導箔を残す。この導箔と表面波線路を形成すべく表面導箔は細長い複雑な形状を取る。アンテナ１７の上端はスルーホールで表面の箔に接続され、ここから二方に分かれ、一方はコイル２１、抵抗とコンデンサの並列接続と続き、スルーホール２２により表裏の導箔が接続され、接地される。他方は抵抗２３、ダイオード２４と続き、途中省略するが＋端子２５、−端子２６により外部へ出力が接続される。両端子と並列に接続されたコンデンサＣと、その手前に＋端子と直列接続された抵抗Ｒとは一種の積分回路を形成する。その時定数は、電子レンジに使用されるインバーターの周波数例えば２０KHzの１周期の時間５０マイクロ秒より大きな値とする。
【００３２】
図５は電界強度センサー１８の出力を積分する積分回路２７の回路図である。ＩＮ端子に前記センサーの＋端子２５及び−端子２６を接続し、ＯＵＴ端子は後述するマイクロプロセッサーに接続される。詳細は省略する。記号Ｒを附記した抵抗２８と、同Ｃを附記したコンデンサー２９とが積分の時定数を決定する。
【００３３】
図６は制御器３０の回路図である。前記電界強度センサー１８、積分回路２７がマイクロプロセッサー３１の入力端子に接続され、ＡＢＣＤ四つの出力端子には駆動トランジスタ３２を介してステッピングモータ６の四つの端子Φ１、Φ３、Φ２、Φ４に接続される。また低圧電源トランス３３及びダイオード３４、トランジスタ３５、電解コンデンサー３６等から成る直流電源回路から安定化された直流がマイクロプロセッサー３１に供給される。
【００３４】
低圧電源トランス３３の２次側の交流波形は抵抗３７、コンデンサー３８で分割され、波形成形回路３９を介して交流波形の＋側のみに対応した矩形パルスがマイクロプロセッサー３１の入力端子に加えられる。抵抗３７が接続される低圧電源トランス３３の２次側極性は、交流波形の−側の時にマイクロ波が発振すべく決定する。つまり矩形パルスが１から０へと変化する時、平易に言い換えるとパルスが立ち下がる時以降にマイクロ波が発振開始する。その他クロック発振回路等マイクロプロセッサーの動作に必要な回路が接続されるべきであるが、煩雑となるので描画を省略する。
【００３５】
図７はマイクロプロセッサー３１のプログラムフローを表すフロー図である。まずＳＴＥＰ１の初期処理の中には全てのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）、全ての出力等のクリアーが含まれる。ＳＴＥＰ２は図６の波形成形回路３９から供給されたパルスが立ち下がるまで待ち、立ち下がったら次に進む。次のＳＴＥＰ３で時間待ち、例えば３ミリ秒程度の一定時間入出力に無関係な動作を行う。次のＳＴＥＰ４ではＮと名付けたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）の特定領域に０を代入する。続くＳＴＥＰ５では電界強度センサーからデータを取り込む。
【００３６】
ＳＴＥＰ６はＮに収納されている数字が指し示すＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）の特定領域、最初はＮ＝０番地に収納された前回取り込んだ電界強度センサーのデータを呼び出す。初期処理でＲＡＭがクリアーされているから最初は０が呼び出される。ＳＴＥＰ７は両データの比較であり、前回に対し今回が減少、無変化、増加、三つの場合に分ける。減少と増加の両者の場合はＳＴＥＰ８、ＣＷフラグのチェックに進み、無変化の場合はすぐにＳＴＥＰ１０へ進む。最初は増加コースを進む。
【００３７】
ＣＷフラグ、すなわち時計回りフラグは前記ステッピングモータ６を時計回りに回転させる指令であり、フラグとは一般にＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）の特定領域（ビット）を１にする事である。１ならばＳＴＥＰ１０に進むが、最初は全ＲＡＭが０であるからＣＷフラグも０であり、ＳＴＥＰ９のＣＣＷ、すなわち反時計フラグへ進む。これはモータを反時計回りに回転させる指令であり、同じく最初は０であるからＳＴＥＰ１０、前述の無変化と同一位置に進む。
【００３８】
ＳＴＥＰ１０及びＳＴＥＰ１１はＣＷとＣＣＷ両フラグの設定であり、五つの場合全てに於いて少なくとも一方のフラグは０にする。左端はデータが減少しＣＷフラグが１の場合であり、ＣＷフラグを１のままとし、ＣＣＷフラグを０にする。隣はデータが減少し、ＣＷフラグが０、ＣＣＷフラグが１の場合であり、フラグの状態をそのまま維持する設定を行う。データが無変化の場合は両フラグを０に、データが増加した場合には両フラグを逆転する。
【００３９】
ＳＴＥＰ１２は前回のデータ保存領域に今回のデータを上書きする。ＳＴＥＰ１３ではＣＷフラグが１か否かのチェック、ＳＴＥＰ１４ではＣＣＷフラグが１か否かのチェックが行われ、結果いかんでＳＴＥＰ１５に於いて飛ぶサブルーチンが異なる。ＣＷフラグが１の場合にはＣＷ動作サブルーチンへ、ＣＣＷフラグが１の場合にはＣＣＷ動作サブルーチンへ飛ぶ。サブルーチンから帰ればＳＴＥＰ１６でＮの値を一つ増加し、ＳＴＥＰ１７ではＮが３より大きいか否かをチェックし、３以下の時はＳＴＥＰ１８の時間待ちに進む。
【００４０】
時間待ちは、ステッピングモータ６の動作時間がマイクロプロセッサー３１の処理時間より遅いので適当な時間、例えば１ミリ秒程度の時間待ちを行い、その後にＳＴＥＰ５に戻る。家電商品に用いられているマイクロプロセッサーの処理時間はナノ秒単位であり遅い処理の代表であるＡＤ変換も数十マイクロ秒であるのに対し、同じく家電商品に用いられるステッピングモータの１ステップ進む速度はミリ秒に近い値である。
【００４１】
ＳＴＥＰ５以降は前記と同様に進むが、番地の数字Ｎは０から１へ、１から２へと順次増加する。Ｎが４以上になるとＳＴＥＰ１８からＳＴＥＰ２まで戻る。この時は立ち下がりから６ミリ秒程度経過している。再び立ち上がり検出を待ち、ＳＴＥＰ３で３ミリ秒程度待ち、再びＮを０に戻してＳＴＥＰ５、６と進む。今回はＮ番地に前回のデータが収納されているのでＳＴＥＰ７のデータ比較では３種類のどの場合も起こりうる。以降制御器が動作している間このループを回り続ける。
【００４２】
ＳＴＥＰ２０はサブルーチンＣＷ動作での最初の動作であり、Ｃ１からＣ８までの八つのフラグをチェックする。最初は全フラグが０であるから右端を進みＳＴＥＰ２１に入る。Ａとは図６に描かれたマイクロプロセッサー３１の出力端子であり、駆動トランジスタ３２を介してステッピングモータ６のΦ１に接続されている。同様に出力端子ＢはΦ３に、端子ＣはΦ２に、端子ＤはΦ４にそれぞれ接続される。
【００４３】
右端はＳＴＥＰ２１に於いてＡ出力を１、つまりＯＮし、その結果Φ１を通電し、ＳＴＥＰ２２にてＢ出力を０、つまりＯＦＦし、ＳＴＥＰ２３ではＣ出力を０、ＳＴＥＰ２４でＤ出力を０にした後ＳＴＥＰ２５に進み、Ｃ１フラグを０にした後Ｃ２フラグを１にする、つまりＣ１フラグからＣ２フラグへ変更させ、次にリターン、サブルーチンへ飛んできた元の処理位置へ戻る動作、を行う。
【００４４】
二度目以降に本サブルーチンへ来た場合にはＣ１からＣ８までのいずれかのフラグが１であるから、ＳＴＥＰ２０で振り分けられ、ＳＴＥＰ２１からＳＴＥＰ２４にてＡＢＣＤ四つの出力端子の一つないし二つをＯＮし、フラグの数字を一つ増加させる。左端のＣ８の場合はフラグをＣ８からＣ１へ変更する。
【００４５】
ＣＣＷ動作サブルーチンはＳＴＥＰ２５以外、ＣＷ動作サブルーチンと全く同一なので省略して描かなかった。ＣＣＷ動作サブルーチンのＳＴＥＰ２５はＣ８をＣ７に変更する如く、フラグの数字を一つ減少させる動作であり、右端のＣ１はＣ８に変更するものである。
【００４６】
図８は導波管１部分を示す他の実施例であり、図８（ａ）及び図８（ｂ）は図１に各々対応する正面図及び側面図である。導波管１のマグネトロン２側は図１と同一であり、他端は図１の傾斜部４とは異なり移相器１４が位置し、開口５はその手前に位置する。移相器１４の図１との相違は、誘電体板１１が導波管１の断面方向に取り付けられている点であり、その為二つの笠歯車及び軸受けは不要であり、軸９及び１２は導波管の側壁で支持され、ステッピングモータ６と直接結合される。
【００４７】
開口５とマグネトロン２との中間位置には方向性結合器４０が設けられる。方向性結合器４０は、副導波管４１、二つの結合口４２、４３、無反射終端４４、４５、及び電界強度センサー４６とから成る。副導波管４１は導波管１と比較し高さは低く、幅は同一である。導波管１上面に導波管１とは９０度異なった進行方向を成して取り付けられ、管内波長の１／４の距離だけ離れた位置に設けられた二つの結合口４２、４３で両導波管は結合される。
【００４８】
副導波管４１の内部両端付近にはＳｉＣ等のマイクロ波吸収材料で作られた無反射終端４４および４５が取り付けられ、図の左側、進行波側終端４４の手前には、内導体を副導波管４１内部に挿入させた同軸共振器４７とこれに結合されたダイオード４８とで構成された電界強度センサー４６が設けられる。
【００４９】
次に動作、作用について説明する。冷やご飯一杯を図２、ターンテーブル２０上に載せて加熱を開始する。図１のマグネトロン２からマイクロ波が発射され、導波管１内部にマイクロ波が充満し、角孔１５から漏れ出たマイクロ波が電界強度センサー１８に検出される。図６に示した如く電界強度センサー１８の出力は積分回路２７を介してマイクロプロセッサー３１に加わり、処理される。
【００５０】
マイクロプロセッサー３１は図７のフロー図に於いてＳＴＥＰ１から順次ＳＴＥＰ１８まで進み、再びＳＴＥＰ５まで戻るループと、ＳＴＥＰ１７からＳＴＥＰ２へ戻るループとを巡回し始める。ＳＴＥＰ２からＳＴＥＰ４までの処理時間はマイクロプロセッサー３１が安定動作を続ける限り一定であるから、電源交流波形の立ち下がりつまりゼロクロス時点から、Ｎ＝０で電界強度センサー１８がデータ取り込みを行うまでの時間は前記の如く約３ミリ秒であり、一定である。同様にＮ＝１でデータを取り込む時間は立ち下がりから約４ミリ秒、Ｎ＝２の時５ミリ秒、Ｎ＝３で約６ミリ秒と全て一定である。言い換えると等しいＮ値における前回と今回とのデータの採取時間間隔は電源交流波形の丁度１サイクル分である。１サイクル時間経過後に採取した今回のデータが、前回より減少の場合にはステッピングモータ６がそのままの回転方向で回転し、増加の場合にはそれまでとは逆方向に回転し、無変化の場合には回転しない制御を行う。つまり移相器１４は電界強度センサー１８の出力が最小になる方向に位相を動かす。電界強度センサー１８はマグネトロン２が最高出力を得る時の最小電界位置に取付られているので結果として移相器１４はマグネトロン出力が増大する方向に位相を動かす事になる。
【００５１】
移相器１４のモータ６を回転させ位相を変化させるとそれに伴って電界が変化するはずである。しかし一般家庭の交流電源は正弦波形であるから電界強度センサー１８の出力もほぼ相似な正弦波形となる。その正弦変化の中から電界変化を取り出す事は容易でない。この課題を解決するために、立ち下がりから一定時間後に於ける電界値を取り出し、１サイクル経過後の変化を比較し、位相変化の影響を抽出したものである。
【００５２】
従来例で誘電体を平行移動させる方式の移相器を例示したが、本発明では回転式を採用した。図８に示した他の実施例では進行波側終端付近に設けられた電界強度センサー４６の出力が増大する方向にステッピングモータ６を回転させるので移相器１４は進行波が増大する方向、結果的にマグネトロン２の出力が増大する方向に位相を移動させる。
【００５３】
動作のポイントは、▲１▼マグネトロン２を最高効率で動作させた時、導波管内部電界が最小となる位置に取り付けられた電界強度センサー１８の出力を、▲２▼電源交流波形の１サイクル周期間隔で、１サイクルに４回、等周期採取し、▲３▼１サイクル前に採取したデータと今回の同一回データとを比較。▲４▼増加した場合は移相器１４のステッピングモータ６を従来と逆の方向に１ステップ回転させ、減少した場合は同一方向に回転させ、増減が無い場合には回転させない。▲５▼これを１サイクルに４回、加熱中常時実施するものであり、▲６▼その結果電界強度センサー１８が取り付けられた位置が電界最小となり、▲７▼従ってマグネトロン２からみたインピーダンスが効率最高の位相となり、効率が向上する。
【００５４】
図８の場合は▲１▼、▲４▼と▲６▼が相違し、『▲１▼進行波側終端付近に取り付けられた電界強度センサー４６の出力を、』『▲４▼増加した場合は移相器１４のステッピングモータ６を従来と同じ方向で１ステップ回転させ、減少した場合は逆回転させ、増減が無い場合には回転させない。』『▲６▼その結果電界強度センサー４６が取り付けられた進行波側の電界が増大し、』となる。
【００５５】
なお▲２▼の１サイクルに４回は実施例で採用したステッピングモータ６の１ステップ回転する時間が１ミリ秒程度である事から決定した数値であり、モータの応答速度が異なれば増減する。また図１に描いた移相器１４はマグネトロン２と開口５との間に設けられているのに対し、図８に描かれたものは開口５を挟んでマグネトロン２とは逆方向に位置しているが、これらを入れ替えしても良い。さらにコストを多少犠牲にすれば移相器として従来例で述べたフェライトに直流磁界を印加する方式を採用すれば応答速度が向上し、加熱時間短縮性能の向上が期待できる。
【００５６】
実際の移相器は位相を変化させれば定在波比も同時に変化するし、半径方向変化のみをする極端な場合もある事は当業者に良く知られている。移相器もインピーダンス変換器の一種であり、位相の比重が高いだけである。従って移相器の替わりにインピーダンス変換器を用いても本発明の効果は得られる。従来例で誘電体を平行移動する方式の移相器を例示し、本発明では回転式を採用したが、位相と定在波比の割合が異なるものの、基本的には両者とも同一機能を有す。ただし、本発明の回転式は薄い樹脂板１１、軸９及び１２が同軸状に固定されているので回転トルクが小さく、高速回転が可能となる。また回転を支える軸受けは直線運動に於ける摺動と比較すると安価かつ高信頼性が容易に得られる。
【００５７】
図８の移相器１４は強いて分類すればインピーダンス変換器と言える。インピーダンス変換器の観点に立てば誘電体板１４を金属板に変更可能である。その場合には金属板端部からのスパーク防止が必須であるが、効果は望める。
【００５８】
いずれにしろ理想的な移相器は無く、今まで述べた理想的な動作は有り得ない。冷やご飯一杯で時間短縮が得られたとしても酒の熱燗では効果が無いと言う様な食品種類による効果の有無や、置き場所により効果の大小が生じる可能性がある。しかし本発明の目的が電源入力を増大させずに、冷やご飯一杯等少容量食品の加熱時間を短縮させる事であるから、結果として特定種類の食品、特定分量のみだけでも効率向上が見られれば効果有りと考える。
【００５９】
なお、ステッピングモータ６は図６に示した如くユニポーラ型を採用したが小型、高速化が望めるバイポーラ型でも良い。この場合は電気回路が多少複雑になる。記載を省略する。また図８の電界強度センサー４６を反射波側終端４５付近に設け、電界が減少する方向に位相を移動させる制御を行っても同様の効果が得られる。
【００６０】
【発明の効果】
以上述べた様に本発明によれば電子レンジの電源入力、消費電力を増大させる事無く、冷やご飯一杯の様な少容量食品の加熱時間短縮ができると言う効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の一実施例の電子レンジの導波管の正面図
（ｂ）同導波管の側面図
【図２】同導波管と加熱室との関係を示す斜視図
【図３】同電界強度センサーの正面図
【図４】同電界強度センサーの回路図
【図５】同電界強度センサーに接続された積分回路の回路図
【図６】同制御器の回路図
【図７】同制御器プログラムのフロー図
【図８】（ａ）本発明他の実施例の電子レンジの導波管の正面図
（ｂ）同導波管の側面図
【図９】（ａ）マグネトロンの一般特性を表すリーケ線図
（ｂ）本発明の一実施例の電子レンジの動作を表すマグネトロンのリーケ線図
【図１０】本発明の導波管の内部電界を説明する断面図
【符号の説明】
１  導波管
２  マグネトロン
１４  移相器
１８  電界強度センサー
１９  加熱室
３０  制御器
４０  方向性結合器
４６  電界強度センサー
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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