JP3051140B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

高周波加熱装置

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JP3051140B2 JP2191181A JP19118190A JP3051140B2 JP 3051140 B2 JP3051140 B2 JP 3051140B2 JP 2191181 A JP2191181 A JP 2191181A JP 19118190 A JP19118190 A JP 19118190A JP 3051140 B2 JP3051140 B2 JP 3051140B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、食品の有無や解凍状態等を自動的に検知す
る高周波加熱装置に関するものである。
従来の技術 近年、高周波加熱装置を用いて食品の解凍を自動化す
る動きが高まっている。
従来は、食品重量をキー入力するタイムオートや、食
品重量を自動的に検出する重量センサを用いて食品重量
を知り、あらかじめ食品重量毎に設定されている最適加
熱時間まで加熱するという手段が主流であった。さら
に、加熱室内にマイクロ波検出素子(即ちアンテナ)を
配置し、食品の吸収されずに素子に検出されるマイクロ
波電力が食品の重量に反比例する特性を用いるもの(特
公昭52−2133号公報)があった。以下、その構成につい
て第11図を用いて説明する。
加熱室1内に冷凍の食品2が置かれ、電波放射部3よ
り電波4が加えられる。この時、食品2に吸収されなか
った電波の一部5が、加熱室1内に取付けられたアンテ
ナ6で検出され、検波回路7で検波され、増幅器8に増
幅され、制御器9に送られる。この信号は食品2の重量
におおよそ反比例するので逆に、食品2の重量を判別
し、加熱時間を設定し、電源10によって電波放射部3の
動作を切換えるものでる。
発明が解決しようとする課題 アンテナでマイクロ波電力を検出するタイプの高周波
加熱装置では、以下のような課題がった。
アンテナ6で検出する電磁波の周波数は、電源周波数
をエンベロープとする電波放射部3の発振周波数に等し
く、検波回路7で検波した出力は正方向にのみ振幅をも
つ高周波成分を含んだ整流波形となる。これをこのま
ま、次段の増幅器8に送ると第12図の様に増幅器(汎用
オペアンプ)の周波数特性(横軸は周波数、縦軸は開放
電圧利得)により周波数が上がる増幅度が落ち、信号と
して信頼が出来なくなる課題があった。また、周波数成
分を含んだ検波回路7の出力を、リード線やパターンに
より引きまわして次段の増幅器8に送る場合は、ノイズ
を拾いやすく検出精度が悪くなるという課題もあった。
そこで、本発明は検波回路7の出力を正確に検出し、
出来栄え良く解凍の自動化が出来る高周波過熱装置を提
供することを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明の高周波加熱装置は、食品を格納する加熱室
と、食品に電磁波を放射して加熱する電波放射部と、電
波放射部に電力を供給する電源部と、加熱室内の電磁波
の一部を検出するアンテナと、アンテナの検出した電磁
波を検波する検波回路と、検波回路出力を平滑する平滑
回路と、平滑回路の出力を増幅する増幅器と、増幅器か
らの出力により電波放射部からの電磁波の放射を制御す
る制御器とを有し、アンテナと検波回路と平滑回路を同
一基板上のパターンを介して接続している。また、電源
部はスイッチング素子を有するインバータ電源部とし、
平滑回路のカットオフ周波数は、スイッチング素子のス
イッチング周波数よりも低い周波数としている。
作用 本発明の高周波加熱装置は、高周波成分を扱う部品
(アンテナ・検波回路・平滑回路)を同一基板上のパタ
ーンを介して接続するので、接続の精度がほぼパターン
精度で決まるので、取付けばらつきが少なく、マッチン
グが安定する。またそれ以降の回路(増幅器・制御器)
には低周波で伝達されるので、以降の回路や伝達用のケ
ーブル等に低周波用の部品が使えたり、周波数特性を抑
える事ができたり、ノイズ発生要因を減らすことができ
る。また、平滑回路のカットオフ周波数を、インバータ
電源部のスイッチング素子のスイッチング周波数よりも
低い周波数としており、電磁波の基本周波数とスイッチ
ング電源のスイッチング周波数では、スイッチング周波
数の方がかなり低いので、電磁波の基本周波数とスイッ
チング周波数を同時に平滑できる。そして平滑回路以降
には、電磁波の基本周波数成分だけでなくスイッチング
周波数成分の無い低周波で伝達されるため、以降の回路
や伝達用のケーブル等に、より低周波用の部品が使えた
り、ノイズ発生要因を、より減らすことができる。
実施例 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
第1図は本発明の一実施例を示す高周波加熱装置の構
成断面図である。加熱室1内に配置された食品2に、電
波放射部3より電波4が放射される。この時、食品2に
吸収されなかった電波の一部5が、樹脂製のスリットカ
バー11を抜け、加熱室1壁面に開けられたスリット12を
通り、プリント基板13上にある銅箔で出来たアンテナ6
で検知され、プリント基板13の裏面にある検波回路7に
伝達され、検波したのち平滑回路14で平滑し、平滑回路
出力としてリード線15によって増幅器8へ送られ、増幅
された制御器9まで送られる。信号に応じて制御器9は
食品の状態を知り、最適解凍時間を判定し、電波放射部
3や電波放射部冷却用のファン16の動作を制御するよう
インバータ電源10に指示を出す。
第2図はプリント基板13の一例を検波回路7側から見
た図である。図中破線は基板の裏側のパターンを示し、
パターンで構成されたアンテナ6から伝達された電波
は、スルーホール17より基板上のパターン31を介して検
波回路7(図中A−A′ラインより上側)へ導かれ、シ
ョットキーバリヤ・ダイオード18等のチップ部品とマイ
クロストリップ・ラインで構成されている検波回路7で
検波されて、基板上のパターン32、33を介して平滑回路
14(図中二点鎖線内)で平滑後、リード線15により次段
の増幅器8へ送られる。
第3図は第2図のプリント基板13上の回路の等価回路
である。第2図で述べたと同様に、アンテナ6から検波
回路7へ伝達された電波は、ショットキーバリヤ・ダイ
オード18で検波され、抵抗21、コンデンサ22から成る平
滑回路14で平滑後、リード線15で伝送される。この中で
マイクロストリップライン19は、信号のうち電磁波の中
心周波数近傍の周波数の出力をグランド電位にショート
する様に設計され、高周波的にコンデンサと考えられ
る。一方、マイクロストリップライン20は、電磁波の中
心周波数近傍の周波数の出力を次段へ伝えない様に設計
され、高周波的にインダクタンスと考えられる。ところ
が、電磁波の中心周波数以外の信号は、マイクロストリ
ップライン19,20では除去できず次段へ伝わるので、平
滑回路14で平滑している。本実施例では特にインバータ
電源10を使用しているため、スイッチング周波数(一般
に20〜30kHz)をエンベロープとする高周波発振が行わ
れており、スイッチング周波数以上のものを除去するた
めに、カットオフ周波数fcを13kHz程度にしている。こ
れらの様子を第4図以降に示す。
第4図はマイクロストリップライン19,20のインピー
ダンス(Z:縦軸)の周波数(f:横軸)特性を示してい
る。図中aはマイクロストリップライン19に相当し、電
磁波の中心周波数fo近傍でインピーダンスが0に近づ
く。一方、図中bはマイクロストリップライン20に相当
し、逆にfo近傍でインピーダンスが極めて大きくなる。
この図は同時にマイクロストリップラインの帯域が狭
く、周波数がずれるとインピーダンスが変化する事を示
しており、次段の平滑回路14の必要性を暗示している。
第5図は平滑回路のカットオフ状態に示している。横
軸の周波数が低い時は、縦軸の平滑回路14の入力V1と出
力V2の比V2/V1は0dBである(即ち全て通過する)が、
周波数が上がると極端にV2/V1が下がる(即ちカットさ
れる)。本発明の一実施例によると、前述の様に13kHz
で−3dBのカットオフとなり、インバータ電源10のスイ
ッチング周波数f1(≒30kHz)およびそれ以上の周波数
の信号は完全に遮断される。
第6図は検波回路7出力を平滑回路14で平滑した時と
平滑していない時の違いを示している。縦軸は検波回路
7出力、横軸は時間である。図中(a)は平滑している
場合であり、商用電源周波数(60Hz)のエンベロープの
み残っている。
一方、図中(b)は平滑していない場合であり、60Hz
をエンベロープとして30kHzの振動がある。本発明によ
れば平滑回路14を設けており、低周波の60Hzの振動にま
で周波数を引下げている。
実施例の効果として、アンテナ6と検波回路7と平滑
回路14が一体構成であるので、アンテナと回路のマッチ
ングが安定で、検知精度が良く、検波回路出力を正確に
次段に伝える事ができる。
第7図〜第10図は本発明の高周波加熱装置における解
凍検知の原理を示す特性図である。ここで検知原理につ
いて説明を加える。
食品の比誘電率εrと誘電送信tanδの積は、食品が
均一に加熱されて全体が同時に温度上昇していく場合、
第7図の様に変化する。横軸は食品の温度、縦軸はεr
・tanδである。εr・tanδは食品がどれだけ電波を吸
収しやすいかを示す指標であり、冷凍時には電波を吸収
しにくく、0℃付近では電波を吸収しやすいことを示し
ている。
言い換えると、食品に吸収されずにアンテナで検出さ
れる電波は、冷凍時には多く、0℃付近では少なくなる
のである。このことから、第8図が得られる。横軸は食
品の温度、縦軸は検波回路出力を示している。この図か
ら判るように、食品が均一な温度上昇を示す場合は、検
波出力の変曲点で解凍検知が可能な様に考えられる。と
ころが実際は、高周波加熱装置による加熱は不均一であ
り、部分的に電波が集中する所や集中しない所の組み合
わせになるため、第8図の曲線がいくつも重なり合った
波形となり、一概に変曲点で解凍完了とはいかない。
そこで実際に有効なのは、検波回路出力の初期値と、
初期変化率である。初期値は食品重量とおよし反比例の
関係にあり、例えば少量の食品の場合電波の吸収が少な
く、初期検出回路出力が大きいのに対し、大量の食品の
場合電波の吸収が大きく、初期検波回路出力が小さい。
また、低温(−20℃)の食品の場合、検波回路出力の初
期変化率が大きいのに対し、中温(−10℃)の食品の場
合、検波回路出力の初期変化率が小さいというような具
合いである。
第9図に代表的な例を示した。横軸は時間で縦軸は検
波回路出力、図中cは少量低温の食品で、dは大量中温
の食品を示す。
以上の原理から、第10図の様な初期出力変化率をパラ
メータに重量と初期出力の相関を求め、食品の重量判定
および初期温判定しているのである。(但し、図中eは
変化率大の低温食品、fは変化率小の中温食品)もちろ
ん、制御器12内で重量と初期温毎に最適加熱時間を設定
し調理することで、初期温度判別が出来ず、皿に入れら
れると重量判定を間違える重量センサ等と比較して、食
品に応じて極めて安定な解凍検知を実現している。
発明の効果 本発明によれば以下の効果が (1)高周波成分を扱う部品(アンテナ・検波回路・平
滑回路)を同一基板上のパターンで接続するので、接続
の精度がほぼパターン精度できまるので、取付けばらつ
きが少なく、マッチングが安定する。またそれ以降の回
路(増幅器・制御器)には低周波で伝達されるので、以
降の回路や伝達用のケーブル等に低周波用の部品が使え
たり、周波数特性を抑える事ができたり、ノイズ発生要
因を減らすことができる。よって、検出精度が良くな
り、出来栄え良く自動化できる上、高周波用の高価な部
品を少なく出来るという効果がある。
(2)また、平滑回路のカットオフ周波数を、インバー
タ電源部のスイッチング素子のスイッチング周波数より
も低い周波数としており、電磁波の基本周波数とスイッ
チング電源のスイッチング周波数では、スイッチング周
波数の方がかなり低いので、電磁波の基本周波数とスイ
ッチング周波数を同時に平滑できる。そして平滑回路以
降には、電磁波の基本周波数成分だけでなくスイッチン
グ周波数成分の無い低周波で伝達されるため、以降の回
路や伝達用のケーブル等に、より低周波用の部品が使え
たり、ノイズ発生要因を、より減らすことができる。よ
って(1)の効果がより一層効果的となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の高周波加熱装置の構成を示
す断面図、第2図は同装置の検波回路や平滑回路の要部
構成図、第3図は同等価回路図、第4図はマイクロスト
リップラインのインピーダンスの周波数特性図、第5図
は平滑回路のフィルタ特性図、第6図は平滑回路の有無
による出力波形図、第7図はεr・tanδの温度特性
図、第8図は検波回路出力の理想温度特性図、第9図は
検波回路出力の時間変化を示す特性図、第10図は検波回
路出力の初期値の重量に対する変化を示す特性図、検波
回路出力の初期値の重量に対する変化を示す特性図、第
11図は従来の高周波加熱装置の構成を示すブロック図、
第12図は一般的な増幅器の周波数特性図である。 1……加熱室、2……食品、3……電波放射部、6……
アンテナ、7……検波回路、8……増幅器、9……制御
器、10……インバータ電源、14……平滑回路。
フロントページの続き (72)発明者 柏本 隆 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 要田 正人 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 酒井 伸一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 森山 智美 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−248490(JP,A) 特開 昭62−120728(JP,A) 特開 昭52−115267(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】食品を格納する加熱室と、前記食品に電磁
    波を放射して加熱する電波放射部と、前記電波放射部に
    電力を供給する電源部と、前記加熱室内の電磁波の一部
    を検出するアンテナと、前記アンテナの検出した電磁波
    を検波する検波回路と、前記検波回路出力を平滑する平
    滑回路と、前記平滑回路の出力を増幅する増幅器と、前
    記増幅器からの出力により前記電波放射部からの電磁波
    の放射を制御する制御器とを有し、前記アンテナと前記
    検波回路と前記平滑回路を同一基板上のパターンを介し
    て接続した高周波加熱装置。
  2. 【請求項2】電源部はスイッチング素子を有するインバ
    ータ電源部とし、前記平滑回路のカットオフ周波数は、
    前記スイッチング素子のスイッチング周波数よりも低い
    周波数とした請求項1記載の高周波加熱装置。
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