JP3975005B2 - 電子レンジ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子レンジに関し、特に、マイクロ波出力を最適に制御するマイクロ波出力制御装置が組み込まれている電子レンジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１には、ハウジング１と、高電圧トランス（図示せず）及び高電圧コンデンサ（図示せず）を有する電源部２と、マイクロ波を発生する円筒形のマグネトロン10と、食物（食品）を収容する調理室３とを含む電子レンジの模式図が示されている。図２はマグネトロン10の詳細な断面図であって、このマグネトロン10は円筒形の２極真空管であり、通常、マグネトロン10の中心に位置するカソード11と、マグネトロン10の上部及び下部に各々位置する一対の磁石12a 、12b と、カソード11の周りに配置したアノード13と、アノード13と接続するアンテナ14とを有する。
【０００３】
動作電圧（例えば、４kV）が電源部２から入力端子15に印加される場合、カソード11は加熱されて電子が放出される。この放出電子はアノード13に入射する。両磁石12a 、12b は磁束を発生し、この磁束は両ガイド部材16a 、16b によって案内され、カソード11とアノード13との間で規定される空洞17を通過する。カソード11から放出された電子は、まず、空洞17内に形成された磁界によって偏向されることによって、アノード13へ入射する前に、カソード11とアノード13との間を回転する。
【０００４】
共振回路は、カソード11とアノード13との間における電子の回転によってアノード13内に形成され、アンテナ14を通して放出されるマイクロ波を発生する。放出されたマイクロ波は、導波管５によって調理室３に案内された後、スターラ６によって調理室３内に拡散される。拡散されたマイクロ波は、調理室３内に収容されている食品に入射して、この食品を調理することになる。
【０００５】
このような電子レンジにおいては、電子の動きが電界及び磁界の双方によって制御されるため、複数の磁石を必要とし、電子レンジの構造が複雑になるという欠点がある。さらに、従来の電子レンジに用いられるマイクロ波発生装置は、調理すべき食品に適宜な振幅を有するマイクロ波を安定的、且つ連続的に発生し、制御することができないという不都合がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の主な目的は、調理すべき食物に異なる振幅を有するマイクロ波を安定的、且つ連続的に発生するマイクロ波出力制御装置が組み込まれている電子レンジを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の好適実施例によれば、調理室、導波管、マイクロ波を発生するマイクロ波出力制御装置を組み込む電子レンジであって、前記マイクロ波出力制御装置が、加熱要素と、前記加熱要素の上に設けられ、電子を放出するカソードと、前記カソードの上に設けられ、前記カソードから放出される電子の流れを制御、収束させ、前記カソードから放出された電子を電子ビームに変換する複数の孔を有する第１グリッドと、前記カソードと前記第１グリッドとの間に位置し、阻止コンデンサとしての働きを果たすチョーク構造と、前記カソード、前記第１グリッド及び前記チョーク構造により規定される、共振回路として働く入力空洞と、複数の抵抗値を有し、一端が前記第１グリッドと接続し、他端が前記カソードと接続して、前記第１グリッドにバイアス電圧を発生するバイアス電圧発生手段と、前記バイアス電圧発生手段を制御して、前記バイアス電圧発生手段として前記複数の抵抗値を発生するようにする制御器と、前記第１グリッドの上に設けられ、前記第１グリッドの孔を通過した前記電子ビームの通過する複数の孔を有する第２グリッドと、前記第２グリッドの孔を通過した前記電子を受け取るアノードと、前記入力空洞と電気的に絶縁され、前記第２グリッド及び前記アノードにより規定されてマイクロ波を発生する出力空洞と、前記アノードの周りに設けられ、前記アノードによって発生された熱を冷却させる冷却フィンと、
駆動電圧を前記カソード及び前記アノードに供給する駆動電源と、前記アノード内に整列され、前記出力空洞から前記導波管を通して前記マイクロ波を取り出して、前記調理室内へ送るアンテナと、前記入力空洞から前記出力空洞まで延在して、前記出力空洞からのマイクロ波の一部を再び前記入力空洞にフィードバックさせるフィードバック構造とを含むことを特徴とする電子レンジが提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例について、図面を参照しながらより詳しく説明する。
【０００９】
図３は本発明による、マイクロ波出力制御装置を有する電子レンジの模式図であって、ハウジング21と、マイクロ波出力制御装置100 と、マイクロ波出力制御装置100 に取り付けられる電源部105 と、食物（食品）を収容する調理室22とから構成される。本発明のマイクロ波出力制御装置100 は下部がプレート102 によって覆われ、上部がブラケット103 によって覆われるフィルタボックス101 を有する（図４参照）。
【００１０】
図４及び図５を参照すると、フィルタボックス101 は、電源部105 に電気的に接続される加熱要素としてのヒータ110 と、カソード120 、第１グリッド130 、第２グリッド140 及びアノード150 を有する。さらに、マイクロ波出力制御装置100 の内部は真空状態を維持する。
【００１１】
ヒータ110 はフィラメントから構成され、円盤形状のカソード120 はヒータ110 上に位置し、ヒータ110 が加熱される際に、熱電子を放出する。第１グリッド130 はカソード120 から放出された電子を制御・収束するために、カソード120 の上部に位置し、複数の孔135 の形成された円盤形状をなしている（図６参照）。カソード120 と第１グリッド130 との間には、チョーク構造160 が設けられている。第１グリッド130 、チョーク構造160 及びカソード120 よりなる空間は、共振回路として機能する入力空洞170 である。
【００１２】
第１グリッド130 上には、複数の孔145 を有する第２グリッド140 が位置し、第１グリッド130 の孔135 を通過した電子ビームはこの複数の孔145 を通過することになる。第２グリッド140 上には、円筒形状を有し、アノード150 によって発生した熱を冷却するための冷却フィン151 を設けたアノード150 が位置する。第２グリッド140 及びアノード150 は、マイクロ波を発生する出力空洞180 として機能する。この出力空洞180 は入力空洞170 から電気的に絶縁されている。詳述すると、第２グリッド140 は、第１グリッド130 の孔135 を通過した電子ビームが電気的に拡散する前に入力空洞170 内のマイクロ波を発生するように、第１グリッド130 から離間している。
【００１３】
入力空洞170 において密度変換された電子の運動エネルギーは、出力空洞180 においてマイクロ波に変換され、そのマイクロ波はアノード150 及び導波管23に整列されたアンテナ155 を通して調理室22に放出される。アンテナ155 は、出力空洞180 内に設けられ、マイクロ波を取り出すループ形状の結合器156 と、フィルタボックス101 からアンテナ155 を絶縁する絶縁材で作られる絶縁部材157 と、キャップ158 とを有する。
【００１４】
入力空洞170 と出力空洞180 との間には、共振回路として機能する棒形状のフィードバック構造190 が形成される。このフィードバック構造190 は入力空洞170 から出力空洞180 まで延在し、出力空洞180 からのマイクロ波の一部を入力空洞170 に再びフィードバックさせる。
【００１５】
図７を参照すると、チョーク構造160 は、入力空洞170 におけるカソード120 と第１グリッド130 との間のグリッドホルダ164 によって支持される金属板162 と誘電材料166 を有する。この金属板162 は、カソード120 と電気的に絶縁されている。チョーク構造160 は、入力空洞170 におけるマイクロ波を発生する表面電流を通過させ、直流電流を阻止する阻止コンデンサとしての機能を果たす。
【００１６】
図８は、図４中のマイクロ波出力制御装置100 の等価回路図である。
ヒータ110 は、電源部105 と電気的に接続している。アノード150 及びカソード120 は、300V〜500Vの間の電圧を供給する駆動ＤＣ電源200 の正端子及び負端子と各々接続する。
第２グリッド140 はアノード150 と一体になっているため、アノード150 と同一の電位を有する。しかし、第１グリッド130 はカソード120 と一体になっているが、チョーク構造160 のため、カソード120 と異なる電位を有することになる。
【００１７】
本発明の電子レンジは、一端が第１グリッド130 と接続し、他端がカソード120 と接続するレジスタアレイ300 をさらに有し、このレジスタアレイ300 は関連する抵抗値を有する。
【００１８】
さらに、本発明の電子レンジには、レジスタアレイ300 を制御して、そのレジスタアレイ300 として互いに異なる抵抗値を組合せて適切な抵抗値を発生するようにする制御器400 が組み込まれている。
第１グリッド130 は、マイクロ波出力制御装置100 の初期動作の際、０のバイアス電圧を有する。レジスタアレイ300 は、制御器400 の制御下で、第１グリッド130 に適切なバイアス電圧（例えば、-60V）を供給する役割を果たす。
【００１９】
図９において、第１曲線220 はアノード150 に流れる電流の変化量を表し、第２曲線230 は第１グリッド130 に印加されるバイアス電圧の変化を表し、第３曲線240 は入力空洞170 におけるマイクロ波の共振波形を表す。
図８及び図９を再び参照して、マイクロ波出力制御装置100 の動作原理を説明する。
【００２０】
ヒータ110 が600 ℃〜1200℃の温度まで加熱される場合、カソード120 は電子を放出する。第１グリッド130 が初期には０バイアス電圧を有するので、カソード120 から放出される少量の電子のみが、第１グリッド130 の孔135 及び第２グリッド140 の孔145 を通してアノード150 に達し、残りの電子は第１グリッド130 に吸収される。第１グリッド130 に吸収された電子がバイアス電圧を誘起し、表面電流が入力空洞170 の表面を流れ、入力空洞170 内で微弱な発振が発生する。ここで、表面電流の流れの方向はチョーク構造160 によって変化する。第１グリッド130 内に充分な電流が蓄積されると、表面電流の流れのため、上述した発振の増幅量は増加することになる（後述）。
【００２１】
カソード120 から放出される電子の第１グリッド130 への吸収のため、第１グリッド130 は負電位を有する。その結果、第１グリッド130 が初期に０バイアス電圧を有し、相対的に多くの電子が第１グリッド130 に吸収され得るため、第１グリッド130 の負電位は急激に増加する。第１グリッド130 に吸収される電子の量は時間につれて減少する。第１グリッド130 の負電位は、予め定められた値に至るまで漸進的に増加する。ここで、予め定められた値は、制御器400 の制御下でレジスタアレイ300 における抵抗値の組合せに応じて、第１グリッド130 に吸収され得る電子の量によって決定される。制御器400 は適当な抵抗値をレジスタアレイ300 に発生する。このレジスタアレイ300 の代わりに、トリミング抵抗器（図示せず）が用いられてもよい。
【００２２】
電位の変化に応じて、発振の振幅は、第１グリッド130 の電位が予め定められた値に到達するまで持続的に増加し、予め定められた値に到ると発振振幅は一定であることとなる。この点で、第１グリッド130 は予め定められた電圧を有し、発振振幅は入力空洞170 の共振構造によって決定される共振周波数で振動することとなる。
同時に、第１グリッド130 の電位変化に応じて、カソード120 から放出される電子は、第１グリッド130 の電位が予め定められたバイアス電位に至るまで、入力空洞170 内でグループ化された密度で連続して調節される。
【００２３】
しかし、第１グリッド130 と第２グリッド140 との間の電位差が増加することによって、これらの間の電界も増加することになる。入力空洞170 と出力空洞180 との間に形成される電界によって、入力空洞170 内の電子グループが、図8中の波線で示したように第１グリッド130 の孔135 を通過する際、それらの電子は第１グリッド130 と第２グリッド140 との間で加速される電子ビームに変換される。加速された電子ビームは、第２グリッド140 の孔145 を通してアノード150 に向けて移動する。電子の運動エネルギーは、マイクロ波を放出するためのマイクロ波エネルギに変換される。マイクロ波はアンテナ155 によって出力され、導波管23によって調理室22に案内される。然る後、マイクロ波は、スターラ24によって拡散され、調理室22に置かれた食品に入射することによって、この食品を調理することができる。
【００２４】
上記において、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改良をなし得るであろう。
【００２５】
【発明の効果】
従って、本発明によれば、第１グリッド及び第２グリッドの組み合せによって電子ビームが効果的に収束され制御されるので、複数のマグネットが不要であり、第２グリッド及びアノードの組み合せが出力空洞を、第１グリッド、カソード及びチョーク構造の組み合せが入力空洞を形成することによって電子レンジの構造をより一層単純化させることができ、且つ、誘電材料で充填される金属板によって入力空洞に発生されるマイクロ波の波長が短くなるので、装置の大きさを減らし得、第１グリッド及び第２グリッドが互いに分離された構造を有しているため、両グリッド間の高調波やノイズによる影響が少なく、レジスタアレイとして第１グリッドのバイアス電位を調整するようにして、調理すべき食品に適切な振幅を有するマイクロ波を安定的、且つ連続的に発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電子レンジの概略的な断面図である。
【図２】図１の従来の電子レンジにおけるマグネトロンの詳細な断面図である。
【図３】本発明による電子レンジの概略的な断面図である。
【図４】本発明によるマイクロ波出力制御装置の構造を説明するための断面図である。
【図５】図４中のマイクロ波出力制御装置の構造を説明するための部分断面図である。
【図６】本発明によるマイクロ波出力制御装置に組み込まれるグリッドの斜視図である。
【図７】本発明によるマイクロ波出力制御装置に組み込まれるチョーク構造の概略的な断面図である。
【図８】図４中のマイクロ波出力制御装置の等価回路図である。
【図９】本発明によるマイクロ波出力制御装置に組み込まれる第１グリッドの電圧特性グラフである。
【符号の説明】
21 ハウジング
22 調理室
23 導波管
24 スターラ
101 フィルタボックス
102 プレート
103 ブラケット
105 電源部
110 加熱器
120 カソード
130 第１グリッド
135 第１グリッドの孔
140 第２グリッド
145 第２グリッドの孔
150 アノード
151 冷却フィン
155 アンテナ
156 ループ形状の結合器
157 絶縁部材
158 キャップ
160 チョーク構造
162 金属板
164 グリッドホルダ
166 誘電材料
170 入力空洞
180 出力空洞
190 フィードバック構造
220, 230, 240 曲線
300 レジスタアレイ
400 制御器

Claims (8)

1. 調理室、導波管、マイクロ波を発生するマイクロ波出力制御装置を組み込む電子レンジであって、
   前記マイクロ波出力制御装置が、
   加熱要素と、
   前記加熱要素の上に設けられ、電子を放出するカソードと、
   前記カソードの上に設けられ、前記カソードから放出される電子の流れを制御、収束させ、前記カソードから放出された電子を電子ビームに変換する複数の孔を有する第１グリッドと、
   前記カソードと前記第１グリッドとの間に位置し、阻止コンデンサとしての働きを果たすチョーク構造と、
   前記カソード、前記第１グリッド及び前記チョーク構造により規定される、共振回路として働く入力空洞と、
   複数の抵抗値を有し、一端が前記第１グリッドと接続し、他端が前記カソードと接続して、前記第１グリッドにバイアス電圧を発生するバイアス電圧発生手段と、
   前記バイアス電圧発生手段を制御して、前記バイアス電圧発生手段として前記複数の抵抗値を発生するようにする制御器と、
   前記第１グリッドの上に設けられ、前記第１グリッドの孔を通過した前記電子ビームの通過する複数の孔を有する第２グリッドと、
   前記第２グリッドの孔を通過した前記電子を受け取るアノードと、
   前記入力空洞と電気的に絶縁され、前記第２グリッド及び前記アノードにより規定されてマイクロ波を発生する出力空洞と、
   前記アノードの周りに設けられ、前記アノードによって発生された熱を冷却させる冷却フィンと、
   駆動電圧を前記カソード及び前記アノードに供給する駆動電源と、
   前記アノード内に整列され、前記出力空洞から前記導波管を通して前記マイクロ波を取り出して、前記調理室内へ送るアンテナと、
   前記入力空洞から前記出力空洞まで延在して、前記出力空洞からのマイクロ波の一部を再び前記入力空洞にフィードバックさせるフィードバック構造
   とを含むことを特徴とする電子レンジ。
2. 前記バイアス電圧発生手段が、レジスタのアレイであることを特徴とする請求項１に記載の電子レンジ。
3. 前記バイアス電圧発生手段が、トリミング抵抗器であることを特徴とする請求項１に記載の電子レンジ。
4. 前記マイクロ波出力制御装置の内部が、真空状態であることを特徴とする請求項１に記載の電子レンジ。
5. 前記第２グリッドが、前記第１グリッドの孔を通過する前記電子ビームが電気的に拡散する前に前記出力空洞内でマイクロ波が発生するように、前記第１グリッドから離間していることを特徴とする請求項１に記載の電子レンジ。
6. 前記第１グリッドが、初期に０のバイアス電圧を有することを特徴とする請求項１に記載の電子レンジ。
7. 前記フィードバック構造が、棒状であることを特徴とする請求項１に記載の電子レンジ。
8. 前記アンテナが、その一端に、前記出力空洞内に位置してマイクロ波を取り出すループ形状の結合器を有することを特徴とする請求項１に記載の電子レンジ。

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