JPS6188486A - ワイヤレス温度プロ−ブを備えた高周波加熱装置 - 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、被加熱物の温度信号を送信器によってワイヤ
レスで送信し、受信側においてその信号をとらえ、被加
熱物の加熱調理を自動制御するワイヤレス温度グローブ
を備えた高周波加熱装置に関するものである。

従来の技術 従来の高周波加熱装置において、加熱制御の自動化の方
式として被加熱物から発生する熱や蒸気あるいはガスを
それぞれサーミスタ、湿度センサ。

あるいはガスセンサを用いて検出し、被加熱物の仕上り
を検知するものがある。また被加熱物の表面温度を赤外
線センサで測り、被加熱物の仕上りを検知し、自動制御
を行なうものもある。

これらの方式は、いずれも検知するセンナが高周波の影
響を受けないように被加熱物と離れた加熱室外部に設置
されているため調理の操作性は良いが、加熱室内の雰囲
気の温度、湿度およびガスを検出しているため、仕上が
りにばらつきがあったり２　くり返しの加熱による検知
精度のばらつきや被加熱物の量の違いにより表面と内部
の温度差が太きかったり、また被加熱物の微妙な温度調
節が困難であった。このうち赤外線センサによる方式は
、検出することのできる領域すなわち視野が狭く、その
視野から外れたら検出不可能で、被加熱物の設置位置や
容器の種類、形状に制限があった。これらを解決するも
のとして、被加熱物にサーミスタを封入したプローブを
挿入し、その温度信号をケーブルを経て取り出し、加熱
制御を行なうワイヤード方式がある。これは文献を示す
までもなく周知であるが、その−例を第１図で示す。

同図において１は高周波加熱装置で、２は被加熱物、ろ
は加熱室内で、４はドアである。５は被加熱物２を載置
するテーブルで、６がワイヤード方式のプローブである
。７はコントロールパネルで。

温度や時間の設定を行なう所である。

発明が解決しようとする問題点 ケーブルが必要であるため、それを調理の度にオープン
壁に設けたジャックに差し込まねばならず操作性が煩し
く、その上被加熱物２の均一加熱に対して最も効果のあ
るターンテーブルが使用できない点である。

問題点を解決するだめの手段 感熱素子１発振機構、超音波の送信機構でなるワイヤレ
ス温度プローブと、その発振周波数から調理を自動制御
する機構とを備え、同グローブの電源を加熱室内の高周
波の一部を整流して得るとともに、直流ループを形成す
る線路で高周波の影響のない部分に整流電流と同方向の
ダイオードを直列に接続したものである。

作用 被加熱物の温度変化を感熱素子であるサーミスタの抵抗
値変化で検知し、それをパルス発振周期に変換し、この
パルス発振周期を超音波を媒体として送信する。さらに
送信回路の駆動電源として加熱室内の高周波を受電アン
テナで受け、ダイオードで整流して得る。

加熱装置本体側では、ワイヤレス温度プローブの信号を
受信する。受信した信号は増幅し整流してコンパレータ
回路等を使用して同プローブのパルス発振周期を得る。

このパルス発振周期を知るためにパルス発振周期より高
い安定した別の周波数の信号でカウントを行ない、この
カウント数をマイクロコンピュータで読み込む。マイク
ロコンピュータでは、温度とパルス発振周期の関係を前
もって記録しておき、読み込んだカウント数より演算処
理を行ない、被加熱物の温度を検知する。

また同プローブの送信回路の駆動電源として。

整流ダイオードとストリップ線路で構成した整流回路と
整流した直流電力を蓄積する回路とを直接接続しないで
その中間にダイオードを直列に付加して同プローブの電
源電圧を安定させる。

実施例 本発明の一実施例を図を用いて説明する。第１図は１本
発明のワイヤレス温度プローブを用いた高周波加熱装置
の全体斜視図である。このような装置においては前述し
たように被加熱物の均一加熱に最も効果あるターンテー
ブルを採用でき、ケーブルを使用したプローブと比較し
て操作性が優れている。

さてこのワイヤレス温度プローブを実現するには、２つ
の大きな問題がある。それは。

１）温度信号をどのようにして加熱装置本体に送るか。

２）温度信号を送るだめのプローブのＴ’ｕ　”５−を
どうするか。

の点である。温度信号を伝送する媒体としては。

光、電波、超音波が、考えられる。

光を使用した場合は９発光部と受光部の汚れによる信号
の減衰が実用上問題となり、又発光ダイオードを用いた
場合は加熱室内の高周波の強電界より保護するためのメ
ツシュ等を必要とし、汚れを除去することが一層困難と
なる。

また電波を使用した場合は、送受信用のアンテナを必要
とし、そのため加熱室内の有効面積を狭くしてしまう。

超音波を伝送媒体に用いた場合は、上記したような問題
点が軽減される。

次に温度プローブの電源としては、電池を用いるのが最
も簡単であるが、（１）電池交換が煩わしい。

（２）電池を設けるケースが必要となり、プローブの形
状が大きくなる。（３）電池を入れた状態で長い時間放
置すると腐蝕し易い、などの問題点がある。

したがって、加熱室内の高周波電力の一部を取り出し、
整流して電源を得るようにした。

本発明の装置のシステムブロック図を第２図に示す。先
ずこの／ステムの原理について述べる。

ワイヤレス温度グローブ９は、温度検知素子としてサー
ミスタを用い、被加熱物の温度変化をサーミスタの抵抗
値変化としてとらえ２発振器の発振周波数の変化に変俟
し、超音波を媒体として超音波送信素子より送信する。

加熱装置の本体側では、加熱室壁面の一部にパンチング
孔やメツシュなどを設け、それを介して超音波の受信素
子１２を設置固定する。

同プローブ９からはある温度で決まる発振周期の信号が
送信され、受信素子１２でこの信号を受け。

増幅回路１３で増幅して波形整形１４を行なって同プロ
ーブ？の発振周期を得る。この発振周期を知るために別
の安定した高い周波数の信号でカウントを行ない、その
カウント数をマイクロコンピュータ１６に読み込む。マ
イクロコンピュータ１６−Ｃハ。

温度と発振周期の関係を前もって記録しておき。

読み込んだカウントｇより演算処理を行ない、同グロー
ブ先端の被加熱物の内部の温度を検知する。

被加熱物の温度が設定した温度にデ１ｊ達したらマグネ
トロン１８の電源回路１ノを制御する。上記の各ブロッ
クで調理を自動制御する機構６２を構成する。

次にワイヤレス温度グローブの外観図を第６図（ａ）に
示す。同プローブ９は、温度検知素子であるサーミスタ
を封入し、被加熱物２に挿入する突起部２０と電源回路
および温度信号を送信する回路を設けた部分と高周波を
受ける受電アンテナ２ろと超音波送信素子２２を設けた
部分とよりなる。

又同プローブ９の断面図を第４図（ｂ）に示す。

この構造において、２９は電源部である。高周波の受電
アンテナ２６により、加熱室６内の高周波電力の一部を
取り入れ、整流回路用ストリップ基板２５に導く。受電
された高周波はス）　１７ノプ線路により整流ダイオー
ド２６まで導かれ、整流される。

整流された直流電力は貫通コンデンサ２７を介して。

発振および送信回路へ供給される。又この電源部２９は
、金属板などの導体板でシールドされている。

これは受電アンテナ２３により導かれる高周波電力が１
Ｗ程度にも達し、ス）　ＩＪノブ基板２５上に大きな高
周波電界を生じるため、この高周波電界より発振および
送信回路の部品素子の破壊や誤動作を防止するためであ
る。貫通コンデンサ２７は整流された直流電力に重畳さ
れる高周波電力成分を除去して９発振および送信回路の
誤動作を防止する機能をもつ。

また温度検知素子であるサーミスタろ０は同プローブ９
の突起部２０の先端に封入し２発振回路２８に接続する
。超音波送信素子２２は、防滴型で錆びにくいステンレ
ス材のものを使用する。そして超音波素子２２を固定し
た周囲から水滴などが侵入し・ないようにノリコン系の
ゴムなどで７−ルする。

又受電アンテナ２３は、耐熱性のプラスチック２１でカ
バーし、ユーザが触れないようにする。受電アンテナ２
ろの孔２４は水滴などが電源部２９内に侵入しないよう
アンテナの周囲をンールする。そして超音波素子２２の
振動部がむき出しとなるようにプラスチックカバー２１
をくり抜き、清掃し易い構造とする。同グローブ全体は
、内部の回路部品等を強電界の高周波から保護するため
錆びにくいステンレス材の金属板でケーシングし、水滴
など浸入しないように密閉する。

第４図にこのグローブの構成ブロック図を示す。

第４図で一点鎖線で示した部分が回路部２８で、２９が
電源部である。６１が発振部でサーミスタ３０の抵抗値
変化で発振周波数が変化する。６２は送信回路部で超音
波素子２２を駆動し、温度信号を送信する。

次に同グローブの電源回路について説明する。

第５図に電源部２９の整流回路のストリップ基板２５を
示した。第５図には省略しているが、高周波の受電アン
テナ２３は、主線路の先端部４１に取り旬けられる。主
線路６６に導かれた高周波電力は整流メ゛イオード２乙
に到達する。ここで整流を効率よく行なうためには同ダ
イオード２６の位蓑に電、波曲短絡面を生成する必要が
ある。その理由は、電波短絡面においては高周波電界が
最小で電流が最大となリ、ダイオードに過大な逆電圧を
かけないで必要十分な電流を流すことができるからであ
る。したがって同ダイオード２乙の後には、２本の短絡
用線路３８Ａ、６８Ｂが設けられている。これらの線路
のλ」 長さｔ３はダイオード２６からみて　　に選ばれている
。ここでλｇはストリップ線上における高周波の波長で
ある。短絡用線路の先端は開放となっているから、ダイ
オード２６からみたインピーダンスは短絡である。短絡
用線路は、２本から構成されているがこれは同ダイオー
ド２６からみると２本の線路が並列に接続されているの
でさらに低インピーダンスとなり、ダイオードの位置に
電波的短絡面を確実に生成する。

同ダイオード２６で整流することにより得られた直流は
、引き出し線４０を介して負荷抵抗ＲＬを流れ。

直流帰還用線路３７を流れ、主線路ろ６を流れて同ダイ
オード２６へ流れ込む直流ループを形成する。直流帰還
用線路３７はこの直流ループを構成するだめの線路であ
り、主線路３６からの高周波電力は遮断し、直流は通過
させる必要がある。これを芙現するだめに、主線路６６
から直流用帰還回路３７をみた高周波インピーダンスを
開放インピーダンスになるように選ぶ。このとき直流帰
還用線路ろ７へは高周波電力は流入せず、又主線路３６
からみたとき直流帰還用線路３ノは高周波的には存在し
ないように見える。

開放インピーダンスになるように選ぶには、直λ−ｇ 光帰還用線路３７の長さｔ２を　　に選び、その終端を
短絡してやればよい。第５図の実施例では短絡を次のよ
うに行っている。直流帰還用線路ろ７の終端に島３９を
設け、この島３９と整流回路用ストリップ基板２４のグ
ランド面４２を短絡板４５により短絡している。そして
短絡用線路３３Ａ、　３８Ｂの偏〜■口は大きく直流帰
還用線路３７の幅〜■２は小さいが、これは次の理由に
よる。

スｌ−ＩＪツブ線路の特性インピーダンスＺ○は、その
線路幅が小さい程大きくなる。又終端開放、短絡の場合
それぞれ入力インピーダンスは、−ｊＺ○２πｔ３ ｃｏｔ　（−）　、　）　ｚｏ　ｔａｎ　（皿）　テ表
わされる。従λｇ　　　　　　　λｇ って短絡インピーダンスを得たいときは、　ＺＯをでき
るだけ小さく、すなわち線路幅をできるだけ犬きく、又
開放インピーダンスを得たいときはＺＯをできるだけ大
きく、すなわち線路１幅をできるだけ小さく取ればよい
。

例えばストリップ基板の誘電体部の厚さを１−２比誘電
率を６．８．使用高周波の周波数を２４５０　ＭＨ２と
したとき、　　Ｗ１＝２．２飾、　Ｗ２＝０．５咽、　
Ｗ３二６，０閾に対して特注インピーダンスＺＯはそれ
ぞれ５０．　１０２゜２４５２どなる。

λ」 主線路３６の長さｔｌは、はぼ　　に選ぶ必要かある。

第３ｔｌ（ｂ）で高周波結合孔２４の直径は、高周波の
波長の１１５ｏ以下と極めて小さいため、第５図（ａ）
の主線路ろ６の先端部４１から高周波結合孔２４をみた
インピーダンスはほぼ短絡インピーダンスである。

従って主線路６６上で導入された高周波が効率よく共振
して同ダイオード２乙により効率よく整流され〜λｇ るためには、　　２１−７　であることが必要である。

又第５図（ａ）において破線は直流ループを説明するだ
めの仮想的な線で１貫通コンテンサ等が省略されている
。

第６図は、電源部の等価回路である。受電アンチ九２３
とストｌ）ノブ線路２５と整流ダイオード２６で得た直
流電源は、容量の大きい電解コンデノサ４７に蓄え、高
周波が照射されていない半周期の期間でも同プローブの
回路は動作するようにする。また同コンデンサ４７に並
列にツェナーダイオード４８を接続し、ある直流電圧以
上は負荷抵抗ＲＬ４９に印加されないようにする。

第６図の同ダイオード２６から流れる電流Ｉおよび負荷
抵抗ＲＬ４９に印加される電圧Ｖの波形を第７図に示す
。第７図で（ａ）はマグネトロ７１８に印加される電圧
波形すなわち高周波発振状態を表わしている。同（ｂ）
は、整流回路２９から流れる電流Ｉの波形で、同（Ｃ）
は、負荷抵抗ＲＬに印加される電圧波形である。

第７図の電圧、電流波形で、マグ坏トロン１８から高周
波が発振し、同プローブ１９に高周波が照射されると、
同ダイオード２６から電流が流れ、すぐ逆方向に電流が
流れている。このとき負荷抵抗ｋにかかる電圧■は減少
していく。そして電圧■が小さくなると、また整流電流
が流れ、電圧Ｖは上昇する。これがくり返し行なわれ、
逆電流の値が太きいと、同ダイオード２６が破壊される
。この原因は同ダイオード２乙の逆回復時間ｔｒｒと高
周波の周期に関係する。すなわち高周波の周期（高周波
周波数２４５０ＮＩＨ２の時Ｔ＝＝Ｑ、４ｎｓ）よりダ
イオードのｔｒｒが長く、かつ蓄積された電圧が太きい
と逆方向の電流が流れることＫなる。したがってこのよ
うな回路においては、負荷抵抗ＲＬに印加される電圧が
変動するために発振回路３１が動作したりしなかったり
で使用できない。この問題を解消する手段として、第８
図に示したように同ダイオード２６と平滑および負荷り
１１の回路の間に直列に低周波用のダイオード５５を付
加した。この回路において。

負荷側にかかる電圧Ｖと同ダイオード２６から流れる電
流■の波形を第９図に示した。第９図で（ａ）はマグイ
・トロン１８に印加される電圧波形で、同（ｂ）は整流
基板から流れる電流Ｉの波形、同（Ｃ）は負荷抵抗ＲＬ
４９に印加される電圧波形である。同（′ｂ）の電流波
形をみると、電解コンデンサ４７から逆方向に流れる電
流はなく、負荷抵抗ＲＬにかかる電圧はツェナー電圧ま
で達する。

第８図においては、同ダイオード２６と平滑回路の間に
逆流防止用として低周波用のダイオード５５を直列に接
続しているが、逆流防止用ダイオードは第１０図に示す
位置においても効果は同じである。

すなわち第１０図において前述した直流ループＦ９　％
１を形成する部分の１箇所に設ける。例えば整流ｉ−＝
力を取り出す線路４０に逆流防止用ダイオード５９ヲ設
けた場合、第１０図（１））に示すようにストｌ）ノブ
基板２５の島３９とグランド面４９を結ぶ箇所にダイオ
ード６０を設ける場合、あるいは直流帰還用線路３７（
Ｃダイオード６１を設ける場合がある。逆電流防止用ダ
イオードの向きは、整流電流が流れる方向と一致させる
。

上記したように電解コンデンサ４７から同ダイオード２
６側に逆方向に流れる電流を防止したため。

同ダイオード２６の破壊はなく、また負荷に印加する電
源電圧も安定し、マグネ）ｏン１８が発振していない期
間でも安定に同プローブ９から温度信号を送信できる。

発明の効果 以上述べたように本発明により、安定した温度データを
得ることができ、被加熱物の温度を精度よく捉え、調理
の自動化が可能となり、高周波加熱の加熱むらに最も効
果の大きいターンテーブルも使用でさる。

【図面の簡単な説明】

第１図は２本発明の一実施例としてのワイヤレス温度グ
ローブを用いた高周波加熱装置の外観図。 第２図は同ワイヤレス温度プローブを用いた高周波加熱
装置の７ステムブロノク図、第６図（ａ）、　（ｂ）は
同ワイヤレス温度プローブ本体の外観図とその断面図、
第４図は同ワイヤレス温度プローブのシステムブロック
図、第５図（ａ）、　（ｂ）は同整流回路用ストリップ
基板の説明図、第６図は同温度プローブの一般の電源回
路図２第７図は第６図の電流及は、従来のケーブル式の
プローブを有した高、１彼加熱装置の外観図である。 ８・・ターンテーブル ９・・・ワイヤレス温度グローブ ２３・・・受電アンテナ　　　２６・・・整流ダイオー
ド５５・・・低周波用のダイオード ６２・・・調理を自動制御する機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加熱室内の被加熱物の温度を検出する感熱素子、検出し
   た温度信号に応じて発振周波数が変化する発振機構、超
   音波を送信する送信機構を有したワイヤレス温度プロー
   ブ（９）と、同プローブ（９）からの信号を受信し発振
   周波数をマイクロコンピュータで読み取り被加熱物の温
   度を捉え調理を自動制御する機構（６２）とを備え、加
   熱室内の高周波の一部を受電アンテナで受け同プローブ
   （９）の発振および送信回路の電源となし、その電源の
   直流ループを形成する線路で高周波の影響のない部分に
   整流電流が流れる方向と同方向にダイオード（５５）を
   直列に接続したことを特徴とするワイヤレス温度プロー
   ブを備えた高周波加熱装置。