JP3063853B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

高周波加熱装置

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JP3063853B2 JP2188953A JP18895390A JP3063853B2 JP 3063853 B2 JP3063853 B2 JP 3063853B2 JP 2188953 A JP2188953 A JP 2188953A JP 18895390 A JP18895390 A JP 18895390A JP 3063853 B2 JP3063853 B2 JP 3063853B2
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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た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、食品に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14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で検出されるが、この検出量
は食品2の重量に反比例するので逆に食品2の重量を判
別でき、最適加熱時間を設定できる。
発明が解決しようとする課題 このような従来の高周波加熱装置では、一般に電磁波
発振の周波数が2.45GHZであるが、検波回路用のダイオ
ードに指定はなく、PN接合からなるダイオードでも使え
る様に思われていた。ところが、高周波加熱装置の使用
温度環境で2.45GHZの高周波加電力を検波するために
は、使用入力範囲におけるダイオードの温度特性の問題
が大であった。ダイオードの性能を示す指標のうち順電
圧VF,逆電流IR,逆回復時間trr等はそれぞれ温度特性が
あり、検知精度を悪くする要因と成り得る。PN接合から
なるダイオード(例えばファースト・リカバリー・ダイ
オード)の場合、VFが大きく、trrも大きいということ
で温度特性が悪いものであった。
本発明は上記課題を解決するもので、検知精度の良い
高周波加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上記目的を達成するため
に、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、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ショット
キーバリヤ・ダイオードを用いて検波する検波回路と、
検波回路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、検波回路は、実使用範囲におい
て正の温度特性と負の温度特性を有する構成としてい
る。
作用 本発明は上記した構成により、ショットキーバリヤ・
ダイオードを用いて検波するので、金属−半導体接触に
よりVF,trrとも小さくでき、温度特性が抑えられる作用
を有する。
また、検波回路が実使用範囲において正の温度特性と
負の温度特性を有する構成により、実使用範囲の上限や
下限ではないどこかで、正の温度特性から負の温度特性
に切り替わるかあるいは負の温度特性から正の温度特性
に切り替わるので、切り替わるポイントにおいては温度
特性を持たず、また切り替わるポイントの前後の範囲で
は温度特性が小さくなる作用を有する。
実施例 以下、本発明の実施例を添付図面に基いて説明する。
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、樹脂製の開孔カバー8
を抜け、加熱室1壁面に開けられた開孔9を通り、プリ
ント基板10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10の裏面にある検波回路7に伝達され
検波したのち、検波回路出力としてリード11によって制
御器12まで送られる。検波量に応じて制御器12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13の動作を制御する。検波回路周
辺の構成について、第2図でもう少し詳細に述べる。
第2図は、検波回路7およびアンテナ6を加熱室1の
壁面にどの様に取付けているかの一例を示す要部斜視図
である。アンテナ6とショットキーバリヤ・ダイオード
14を含む検波回路7を表と裏に持つプリント基板10のア
ース面を、金属板15の半田付け用凸部16の4ヵ所に半田
付けする。その上から電波遮断用の金属カバー17でおお
い、加熱室1壁面にスポット溶接で取り付けた金属支持
具18にビス19でとも締めする。この構成では、プリント
基板10(検波回路7)のアースは金属板15への半田付け
で確実にとれ、金属板15と金属支持具18はビス止めによ
り確実にショートし、金属支持具18と加熱室1壁面は溶
接により確実にショートするため、取付け位置精度が良
く、アースは確実で、ビス締めによるストレスを金属板
15が吸収するため検波回路へのストレスが抑えられるこ
とが判る。
第3図はプリント基板10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、
一点鎖線は裏面でパターンはあるがレジストの無い部分
(即ち第2図で述べた金属板15に半田付けするためのア
ース)である。アンテナ6から伝達されて電波は、スル
ーホール20より検波回路7へ導かれ、ショットキーバリ
ヤ・ダイオード14等のチップ部品とマイクロストリップ
・ラインで構成される検波回路7で検波されて、リード
線11以降直流となった状態で信号が伝送される。
第4図は第3図の検波回路7の一例の等価回路を示
す。第3図同様、アンテナ6で検知された電波は検波回
路7に入り、ショットキーバリヤ・ダイオード14で整流
され負荷抵抗21に取出される。ここでチップ抵抗とチッ
プ部品から成る平滑回路22により平滑して、リード線11
より外部に送るのである。
ここで検波回路7の一般的な特性について説明する。
第5図A,B,Cは第4図の検波回路7の動作を示すタイム
チャートである。アンテナ6からの入力vinが図中Aの
様な正弦波電圧であったとすると、ショットキーバリヤ
・ダイオード14にかかる電圧vDは図中Bの様になり、正
方向にA−A′間の様に順電圧VFによって決まる電圧分
が残る。これはVFが大きい程大きくなり、VFの温特に合
わせて変動する。またショットキーバリヤ・ダイオード
14を流れる電流iDは図中Cの様になり、正方向にはVF
温度上昇に合わせて増減するA″−A間の電流が流れ
る。一方負方向にB−B′間の様に高周波時には逆回復
時間trrで決まる電流分が残る。これはtrrが大きい程大
きくなり、trrの温特に合わせて変動する。即ちVFやtrr
が大きくなると整流作用が無くなっていくことを示して
いる。よってファーストリカバリー・ダイオードよりも
VFやtrrの小さいショットキーバリヤ・ダイオードを使
うのが有効であることが判る。
第6図はショットキーバリヤ・ダイオードのVF−IF
性(即ち順方向電圧−電流特性)を示し、常温時の特性
をaで、高温時の特性をbで表わしている。同じ電流が
流れている時の電圧が温度上昇によって減少する(言い
換えると、同じ電圧がかかっている時の電流が温度上昇
によって増加する)ことが判る。特に低電圧範囲の変化
率が大きいことが判る。
第7図はショットキーバリヤ・ダイオードのtrrの温
度特性を示している。横軸の温度が上昇すると縦軸のt
rrが増加することが判る。
以上第5図〜第7図の特性により、検波回路7の入出
力特性は第8図の様になる。横軸はアンテナ6で検出し
た電磁波による入射電力、縦軸はその時の検波回路の平
均出力であり、常温時の特性をcで、高温時の特性をd
で表している。即ち、温度上昇により、入力時はVFの特
性から正の電流が増加するため出力が増え、高入力時は
VFによる変動が減る代わりにtrrによる逆方向電流が増
えるため出力が減るのである。このことを常温時と高温
時の出力の変化率としてグラフ化すると第9図の様にな
る。横軸は電磁波による入射電力、縦軸は高温時出力と
常温時出力の差を常温時出力で割ったもの(即ち変化
率)を示していて、eはVFやtrrの温特の小さなダイオ
ード(例えばショットキーバリヤ・ダイオード)を示
し、fはVFやtrrの温特の大きなダイオード(例えばフ
ァースト・リカバリ・ダイオード)を示している。調理
の繰り返し等で温度上昇の激しい高周波加熱装置につい
ては、検知精度を保つためにはショットキーバリヤ・ダ
イオードの方が良い事が明らかである。また、設計上、
検波回路の使用範囲については図中g点の前後で使用す
ることとしている。
第10図〜第13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と誘電正接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10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11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11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そ反比例の
関係にあり、例えば少量の食品の場合電波の吸収が少な
く初期検波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12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hは少量低温の食品で、iは大量中温
の食品を示す。
以上の原理から、第13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j
は変化率大の低温食品、k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、皿の重量等で誤判定する重量セン
サ等と比較して、極めて安定な解凍検知を実現してい
る。
本実施例の効果として以下の点が挙げられる。
アンテナ6と検波回路7を金属板15,金属カバー17,金
属支持具18および加熱室1壁面等でおおっているため、
外部への漏波を出しにくく、外界からのノイズ混入も受
けにくい。
開孔9付近にアンテナ6を設け、開孔カバー8で防護
しているので、食品2からアンテナ6への飛散物の直撃
がなく、食品カスによるアンテナ6近傍の誘電率変化等
の誤差要因が排除できる。
発明の効果 本発明によれば以下の効果がある。
(1) 検波素子としてショットキーバリヤ・ダイオー
ドを用いるので、VFやtrrの温度特性による検波出力の
変動が少なく、極めて安定な検知が出来る。(例えば解
凍検知については重量と初期温の判別が高精度化され、
自動検知後の出来栄えが安定している。) (2) (1)と同様に、trrが小さいので整流作用に
優れており入出力の感度が良い。即ちアンテナ6での検
出量が小さくとも大出力が得られるので、極力アンテナ
まわりからの漏波を小さくすることが出来て、極めて安
全で信頼度の高い検知が出来る。
(3) (1)と同様に、一般発生ノイズが小さく、外
部機器の誤動作を誘発するような事がない。(4)検波
回路が実使用範囲において正の温度特性と負の温度特性
を有する構成により、実使用範囲の上限や下限ではない
どこかで、正の温度特性から負の温度特性に切り替わる
かあるいは負の温度特性から正の温度特性に切り替わる
ので、切り替わるポイントにおいては温度特性を持た
ず、また切り替わるポイントの前後の範囲では温度特性
が小さくなる。よって温度特性を有していても実使用範
囲での影響を極力抑えることができるので、安定な検知
ができるという効果がある。
【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図は同装置の分解斜視図、第3図は検波
回路の正面図、第4図は検波回路の等価回路を示す構成
図、第5図は検波回路の動作を示すタイムチャート、第
6図はショットキーバリヤ・ダイオードの順方向電圧−
電流特性図、第7図はショットキーバリヤ・ダイオード
の逆回復時間(trr)の温度特性図、第8図は検波回路
の入出力特性図、第9図は検波回路の入力に対する常温
時と高温時の出力の変化率を示す特性図、第10図はεr
・tanδの温度特性図、第11図は検波回路出力の理想温
度特性図、第12図は検波回路出力の時間変化を示す特性
図、第13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、第14図は従来の高周波加熱装置の構成を
示す断面図である。 1……加熱室、2……食品、3……電波放射部、6……
アンテナ、7……検波回路、12……制御器、14……ショ
ットキーバリヤ・ダイオード。
───────────────────────────────────────────────────── 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)

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
    した電磁波をショットキーバリヤ・ダイオードを用いて
    検波する検波回路と、前記検波回路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、
    前記検波回路は、実使用範囲において正の温度特性と負
    の温度特性を有する構成とした高周波加熱装置。
  2. 【請求項2】検波回路は、低入力時には正の温度特性を
    有し、高入力時には負の温度特性を有する構成とした請
    求項1記載の高周波加熱装置。
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