JPH0475293A - 高周波加熱装置および高周波加熱装置用電磁波検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
周波加熱装置及び、その高周波加熱装置用電磁波検出器
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、食品重量をキー人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。ところが
、タイムオートではあらかじめ使用者が食品重量を調べ
る必要があり、重量センサでは皿や容器の上に食品を載
せて使用すると重量判定を間違うという問題があった。

さらに両手段とも食品の初期温度によらず一定の時間加
熱してしまうので、半分解けかけているような物では加
熱しすぎとなり、異常に低温のものでは加熱不足となる
ため、出来栄えがばらつく問題があった。

上記欠点を解決するものとして、加熱室内の電磁波を検
出する手段がある。即ち、加熱室内にマイクロ波検波素
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）であ
り、以下、その構成について第１Ｏ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で検波されるが、この検出量
は食品２０重量におおよそ反比例するので逆に、食品２
の重量を判別できるのである。

また、第１ｔｔｇの様に食品２の電波の吸収しやすさ（
εｒ−ｔａｎｓ）は食品２の温度（Ｔ）により変化する
ので、アンテナ６で検出した電波を検波回路７により検
波した検波出力も第１２図の様に温度（Ｔ）によって変
化する。よって初期検波出力や検波出力の経時変化で逆
に食品２の初期温度と重量を判別できる□のである。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来の高周波加熱装置では、検波回路を
構成する場合チップ部品のみで構成している事が多く、
検波ダイオード以外のチップ部品に高周波が乗るので、
チップ部品の取付は方により出力ばらつきが大きくなっ
たり、チップ部品で損失する電力が大きいため出力がか
せげなかったり、検波出力に高周波成分がのったりして
、検波回路としての特性が悪く、高周波加熱装置の解凍
検知についても安定性がないという課題があった。

そこで、本発明は検波ａｍの特性を向上させ、信鯨度の
高い解凍検知を実現できる高周波加熱装置を提供するこ
とを第１の目的としている。

また、本発明は高周波加熱装置の電磁波検出にとって極
めてばらつきが少なく特性の良い電磁波検出器を提供す
ることを第２の目的としている。

課題を解決するための手段 上記第１の目的を達成するために、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、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力を検波す
るために、マイクロストリップラインと検波ダイオード
等のチップ部品を有する検波回路と、検波回路出力によ
り各種機器動作を制御する制御器とを備える構成として
いる。

また、第２の目的を達成するために、本発明の高周波加
熱装置用電磁波検出器は、基板材料の両面に銅箔を施し
た両面基板上に、電磁波検出用のアンテナと、マイクロ
ストリップラインと検波ダイオード等のチップ部品を有
する検波回路とを備えている。

作用 本発明の高周波加熱装置は、アンテナで検出した高周波
電力を検波するために、検波回路中にマイクロストリッ
プラインと検波ダイオード等のチップ部品を有するので
、検波ダイオード以降の回路部品に高周波が乗らないよ
うにマイクロストリップラインを構成することが出来る
ので、検波回路の特性が良いものである。

さらに、高周波加熱装置用電磁波検出器は、同一基板上
にアンテナと検波回路を構成するので、アンテナと検波
回路間のマツチングばらつきが少な（、検波回路中にマ
イクロストリップラインと検波ダイオード等のチップ部
品を有するので、検波ダイオード以降の回路部品に高周
波が乗らないように、マイクロストリップラインを構成
することが出来るので、ばらつき要因が少なく検波回路
の特性が良いものである。

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８を抜け、加熱室１壁面に開けら
れたスリット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。

第２図は検波回路７およびアンテナ６を加熱室ｌの壁面
にと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１４の半田付は用凸部１５
の４ケ所に半田付けする。

その上から電波遮断用の金属カバー１６でおおい、加熱
室１壁面にスポット溶接溶接で取付けた金属支持具１７
にビス１８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１４への半田付け
で確実にとれ、金属板１４と金属支持具１７はビス止め
により確実にショートし、金属支持具１７と加熱室ｌ壁
面は溶接により確実にショートするため、取付は位置精
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１４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。

ここで、プリント基板ＩＯと金属板１４と金属カバー１
６を合わせて電磁波検出器１９と呼び、電磁波は金属板
すきま２０よりアンテナ６に入るのである。

第３図を用いて電磁波検出器１９についてもう少し説明
を加える。

図中（ａ）のような外観構成の電磁波検出器を■）の様
にＡ−Ａ″線断面図で見ると、金属カバー１６と金属板
１４とを金属カバー１６のツメ２１を折曲げることで仮
止めしていることが判る。この電磁波検出器１９ば、リ
ード線１１まで含んだユニットとしてどこにでも移動が
出来て、ノイズにも強いものであ一方、電磁波検出器１
９の心臓部とも言えるアンテナと検波回路の構成につい
て第４図で説明する。

第４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０図中破線は基板の裏側のパターンを示し、
−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１４に半田付けするため
のアース）である。アンテナ６から伝達された電波は、
マルーホール２２より検波回路７へ導かれ、ショットキ
ーバリア・ダイオード２３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
。ここで、プリント基板１０は高周波損失の少ないガラ
ス熱硬化材やテフロン材で、両面に銅箔のパターンがあ
る物を使用している。

続いて、第５図の検波回路７の等価回路を用いて、動作
の説明をする。アンテナ６より電磁波が検波回路７内に
入ると、電磁波の中心周波数に対してマイクロストリッ
プラインＬｍ　２４．　　ＬＬ　２５は以降の部品に対
してオーブン（インピーダンスが無限大）となり、マイ
クロストリップラインＣｓ２６はグランドに対してショ
ート（インピーダンスがＯのオーブンスタブ）となる様
に設計しているため、高周波は抵抗Ｒ，２７とショット
キーバリア・ダイオード２３を介してＣｓ２６によりグ
ランドに落ちる。この時ショットキーバリア・ダイオー
ド２３により整流された正方向の出力は直流として負荷
抵抗Ｒ４２８に流れる。直流の閉ループを形成するため
に抵抗Ｒ１２４にも同じ電流が流れ、Ｒ，→Ｒ１１−＋
Ｄ→Ｒ４のループをつくる。負荷抵抗に流れた電流によ
り得られた半波整流波形を抵抗Ｒ）＋３０とコンデンサ
３１が平滑してルート線１１に伝えられるのである。ち
なみに、検波回路７中のマイクロストリップライン以外
の部品は全て、チップ部品である。

ここで、Ｒ１２７の存在意識を、第６図、第７図を使う
て説明する。高周波加熱装置に電磁波検出器１９を用い
ると、中に入る食品２によりアンテナ６が検出する電力
量や検波回路出力は大きく変化する。例えば、第６図の
様に、横軸が重量で縦軸が検波回路出力であり、初期温
の低いものがａ、初期温の高いものがｂとすると、Ｖｓ
ｍｉｎからＶｓｍａｘまで変化するという具合である。

第７図はショットキーバリア・ダイオード２３の電圧−
電流特性で、この時Ｒヵ２７が（ショットキーバリア・
ダイオード２３と直列）に無く、第７図のＯ−Ｖ、の間
の範囲で動作していたとすると、■１付近での感度（変
化率又は傾き）とＯ付近での感度が極端に違うことにな
り、第６図で示した軽負荷は判別しやすいが大負荷は感
度が鈍いという直線性の無い判別をすることになる。と
ころがＲ０２７を入れることにより、電力の幾らかをＲ
０２７でロスするようにすれば、ショットキーバリア・
ダイオード２３が０〜■３間の範囲で動作するようにな
り、直線性をもたせることが出来るのである。

続いて、第５ＷＪで述べたマイクロストリップラインに
ついて説明する。第８図（ａ）に特性インピーダンスＺ
、で長さｉのマイクロストリップライン３２に負荷イン
ピーダンスＺＬ３３が接続されている場合を示している
。この時のインピーダンスＺｉは一般に、 となる。但しλｇは基板上の波長を示す。

この（１）式より第５図にあてはめてみると、マイクロ
ストリップラインＣｓ、、は負荷インピーダンスを接続
しないいわゆるオープンスタブであり、第８図ｂ）の様
になる。この時（１）式でＺ、＝ωとして簡単にすると
、 Ｚｉ＝−ｊＺｏｃｏｔ　　β！ Ｚ　ｉ　＝　−ｊ　Ｚ　ｏｃｏｔ　−＝０となる。即ち
、高周波的にショートとなるのである。

一方、第５図のＬｍ　２４．　　ＬＬ２５等は、第８図
（Ｃ）の様に考えられＣ，３４，ＣＬ　３５　（あるい
はＣ３６）をある程度大きな容量のコンデンサを選ぶと
、負荷 並列に接続された抵抗等も無視できる。即ち、（］）式
でＺＬ＝ｏとして簡単にすると、 Ｚｉ＝−ｊＺｏｔａｎβ２ Ｚｉ雪ｊＺｏｔａｎ　−＝ｏ。

となる、即ち、高周波的にオーブンとなるのである。

よって、第５図で述べた動作が実現され、高周波が負荷
抵抗ＲＬ側に伝わらない様にしているのである。

第９図にマイクロストリップラインを用いた時のインピ
ーダンスの周波数特性を示す、Ｃｓ２６は図中ａ、Ｌｓ
２４やＬＬ２５は図中すに担当し、電磁波の中心周波数
ｆｏ近傍では設計通りの特性を示す。

実施例の効果について以下に示す。

アンテナやマイクロストリップラインをパターンで形成
しているので、寸法精度はエツチング精度と等しく、極
めて精度が良い効果がある。

プリント基板の材質としてガラス熱硬化材やテフロン材
を使用するので、基板としての高周波伝送損失が少なく
、厚みの管理もされており、ばらつきが少ない効果があ
る。

発明の効果 本発明によると以下の効果がある。

（１）　　第１の発明の高周波加熱装置に関して、マイ
クロストリップラインとチップ部品で検波回路を構成す
るので、ショットキーバリア・パイオード以降に高周波
を伝えないことか容易で、チップ部品の取付は方による
マツチングへの影響を極力抑えることが出来て、チップ
部品での不要な高周波損失を抑える事が出来て、出力に
高周波が乗る事もないため、検波回路の特性が極めて安
定で、極めて精度良い解凍検知が実現できる。

（２）第２の発明の高周波加熱装置用電磁波検出器に関
して、同一基板上にアンテナとマイクロストリップライ
ンとチップ部品から成る検波回路とを構成するので、ア
ンテナと検波回路間のマツチングは極めて安定であり、
（１）と同様に検波回路の特性が極めて安定である効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

は検波回路出力の温度特性図である。 ■・・・・・・加熱室、２・・・・・・食品、３・・・
・・・電波放射部、６・・・・・・アンテナ、７・・・
・・・検波回路、１０・・・・・・プリント基板、１２
・・・・・・制御器、１９・・・・・・電磁波検出器、
２３・・・・・・ショットキーバリア・バイレード、２
４〜２６・・・・・・マイクロストリップライン。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１老成図、第３
図ａ、ｂは電磁波検出器の平面図、断面図、第４図は検
波回路の正面図、第５図は検波回路の等価回路構成図、
第６図は重量に対する検波回路の出力変化を示す特性図
、第７図はショットキーバリア・ダイオードの電圧−電
流特性図、第８図ａ、ｂ、ｃはそれぞれマイクロストリ
ップラインの構成図、第９図はマイクロストリップライ
ンを用いたインピーダンスの周波数特性図、第１０図は
従来の高周波加熱装置の構成を示すブロック図、第１１
図はε、・ｔａｎ　Ｓの温度特性図、第１２図画　２　
図 加　鰭　璽 賞品 電テま放射卸 フ）テナ 慢着回路 アリント菖伍 副１１１！Ｓ 電１０出す 図 ど 第 図 第 図 ［７］ 第 図 第 図 第 図 第１１図 Ｏ ［°Ｃ］ 第 図 第１０口 第１２図 了 ［°Ｃ］

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （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
   力を検波するために、マイクロストリップラインと検波
   ダイオード等のチップ部品を有する検波回路と、前記検
   波回路からの出力により各種機器動作を制御する制御器
   とを備えた高周波加熱装置。
2. （２）基板材料の両面に銅箔を施した両面基板上に、電
   磁波検出用のアンテナと、マイクロストリップラインと
   検出ダイオード等のチップ部品を有する検波回路とを備
   えた高周波加熱装置用電磁波検出器。
3. （３）検波ダイオードに直列にチップ抵抗を接続する構
   成とした特許請求の範囲第（２）項記載の高周波加熱装
   置用電磁波検出器。
4. （４）検波ダイオードの出力側に、検出すべき電磁波の
   中心周波数に対してグランドに短絡するオープンスタブ
   のマイクロストリップラインを設ける構成とした特許請
   求の範囲第（２）項記載の高周波加熱装置用電磁波検出
   器。