マイクロ波加熱装置
【課題】食品の加熱中の変化に応じて、反射波が最小になる周波数が変化してしまう。
【解決手段】複数の半導体発振部１ａ〜１ｄに繋がる出力部２ａ〜２ｄを有するマイクロ波発生部３ａ〜３ｄと、加熱室５と反射波レベルを常時監視する反射波モニター部６ａ〜６ｄと、その信号を受け出力をコントロールする制御部４と、破壊に至らないためのしきい値１０とを備え、反射波モニター部６ａ〜６ｄの信号の各々の値がしきい値１０を超えると半導体発振部１ａ〜１ｄの出力をしきい値１０以下になるように負帰還制御をかけることで半導体を破壊から阻止する。
【解決手段】複数の半導体発振部１ａ〜１ｄに繋がる出力部２ａ〜２ｄを有するマイクロ波発生部３ａ〜３ｄと、加熱室５と反射波レベルを常時監視する反射波モニター部６ａ〜６ｄと、その信号を受け出力をコントロールする制御部４と、破壊に至らないためのしきい値１０とを備え、反射波モニター部６ａ〜６ｄの信号の各々の値がしきい値１０を超えると半導体発振部１ａ〜１ｄの出力をしきい値１０以下になるように負帰還制御をかけることで半導体を破壊から阻止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を照射して加熱対象物である被加熱物加熱処理するマイクロ波加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波により対象物を加熱処理するマイクロ波加熱装置の代表的な装置としては電子レンジがある。電子レンジにおいては、マイクロ波発生装置においてマイクロ波が金属性の加熱室の内部に放射され、加熱室内部の被加熱物を放射されたマイクロ波により加熱処理される。
【０００３】
従来、このマイクロ波加熱装置としては半導体発振部とこの半導体発振部の発振出力を複数に分割する分割部と分割された発振出力を各々増幅する分割器と分割された発振出力を各々増幅する合成部とを備えるとともに、この合成器と加熱室とのあいだの反射波を検出する検出手段を設け、この検出手段が検出する反射波の量に応じて発振器の発振状態を変化させるものであった。
【特許文献１】特開昭５６−１３４４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では各々の半導体発振部を合成部で合成しているため一箇所の給電口からの発振出力に関しての反射波を常に監視して、反射波がある程度以上大きくなったならば、発振器の発振を停止するか、または発振周波数を変化させるか、または停止させるか、または発振出力を変化させ小さくすることによって、アイソレータなどの半導体発振部用保護手段を用いずとも、半導体部を破壊させないものであった。
【０００５】
また、発振出力を変化させ小さくするといっても、どこまで小さくするのかということが不明確である。また、その制御律則も極めて不明確である。また加熱室との間の反射波を検出する検出手段を検知すると言及しているが、合成部の反射波を検出している場合においては、半導体発振器各々にどれだけ反射波負担が加わっているのかが不明確で、完全に半導体発振器を保護し得ているのかに不確かさが残る。
【０００６】
また、複数の半導体発振部とそれに続く給電口を設け、加熱室内部で空間合成する場合においては、一切触れられていない。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するもので、複数の半導体発振部を設けた構成においても各々の反射波負担を検出し、いずれか一つの半導体発振部に過大な反射波がかからないで、かつ最大限にマイクロ波を照射することができるマイクロ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】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロ波加熱装置は、少なくとも１個以上の半導体発振部に繋がる出力部を有するマイクロ波発生部と、被加熱物を収納する加熱室と、出力部の後段に位置し反射波レベルを常時監視する反射波モニター部を設けたものである。半導体発振部が破壊しない反射波レベルを決定するしきい値を備え、前記制御部は各々の前記反射波モニター部の信号が前記しきい値を超えると半導体発振部の出力をしきい値以下になるように発振周波数に対する負帰還制御をかけることによって、半導体発振部に過大な反射波エネルギーが加わらないように保護するとともに、反射波を許容する
しきい値まではマイクロ波加熱を行うためしきい値を超えない範囲まででの加熱の継続性を維持することができる。
【０００９】
また本発明のマイクロ波加熱装置は、半導体発振部が破壊しない反射波レベルを決定する各々の出力部に応じたしきい値を備え、発振周波数に対する負帰還がかかる変化量がある所定量を超えた場合には加熱室からの反射量が増加した発振状態となっていると判断し、反射波モニター部の信号から検出される反射レベルが最小となる周波数を探り動作周波数を変更する構成とするため、再度反射が最小となる周波数に設定しなおすことができ、マイクロ波発振周波数に対して負帰還制御をかけマイクロ波発生部の発振周波数を変化させる出力を最大限にする最適周波数での加熱を再現することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のマイクロ波加熱装置は、複数の半導体発振部に繋がる出力部を有するマイクロ波発生部と、被加熱物を収納する加熱室と、出力部の後段に位置し反射波レベルを常時監視する反射波モニター部と、反射波モニター部の信号を受け出力部の出力をコントロールする制御部と、半導体発振部が破壊しない反射波レベルを決定するしきい値とを備え、制御部は各々の反射波モニター部の信号の各々の反射モニター部の信号がしきい値を超えると前記半導体発振部の出力をしきい値以下になるように負帰還制御をかける構成としたものである。加熱中の食品の転倒や食品ラップが膨らんで被加熱物の嵩が膨大化する等が生じて加熱室のインピーダンスが変化する現象が生じても、その変化に負帰還制御をかけ、しきい値を超えないように半導体発振部の発振周波数が適切な周波数になるように作用し、反射波を抑制して過大な反射波が半導体発振部に戻り半導体素子が破壊することを防ぐものである。これによって常に反射波レベルを低く抑え食品への加熱集中を最大化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は、複数の半導体発振部に繋がる出力部を有するマイクロ波発生部と、被加熱物を収納する加熱室と、出力部の後段に位置し反射波レベルを常時監視する反射波モニター部と、反射波モニター部の信号を受け出力部の出力をコントロールする制御部と、半導体発振部が破壊しない反射波レベルを決定する各々の出力部に応じたしきい値とを備え、制御部は各々の反射波モニター部がしきい値レベルを超えるとマイクロ波発生部の発振周波数を変化させることにより半導体発振部の出力をしきい値以下になるようにするものである。
【００１２】
負帰還制御をかけマイクロ波発生部の発振周波数を変化させることにより、加熱中の食品の転倒や食品ラップが膨らんで被加熱物の嵩が膨大化する等が生じて加熱室のインピーダンスが変化する現象が生じても半導体発振部の発振周波数が適切な周波数になるように作用し、反射波を抑制して過大な反射波が半導体発振部に戻り半導体素子が破壊することを防ぐものである。これによって常に反射波レベルを低く抑え食品への加熱集中を最大化することができる。
【００１３】
第２の発明は、制御部としてマイクロコンピューターを用いるものである。各種演算処理、記憶機能等のデジタル演算処理がプロセス処理に必要となってくる本アプリケーションでは、他の多くの家電機器で数多く採用されているマイクロコンピューターは取り扱う数量も多くまたプロセスルールの微細化、ウェハの大口径化もあいまってトレンドとしては急激に低価格化しており経済的な面や性能面で優れている。そのような観点で将来的にも多くコストパフォーマンスが進化予想されるマイクロコンピューターを採用することは本機器にとって非常に経済面、性能面で有利な状態を築くことができる。
【００１４】
第３の発明は、機器全体を制御しているマイクロコンピューター上の本発明の装置のマ
イクロコンピューターの機能を移植し冗長度を大幅に削減し経済的効果を発揮するとともに、２部品を１部品化するという観点から部品点数の削減にも繋がりシステム全体を簡素化することができる。
【００１５】
第４の発明は、複数の半導体発振部に繋がる出力部を有するマイクロ波発生部と、被加熱物を収納する加熱室と、出力部の後段に位置し反射波レベルを常時監視する反射波モニター部と、反射波モニター部の信号を受け出力部の出力をコントロールする制御部と、半導体発振部が破壊しない反射波レベルを決定する各々の出力部に応じた限界しきい値とを備え、負帰還がかかる変化量が限界しきい値を超えた場合には加熱室からの反射量が増加した発振状態となっていると判断し、制御部は反射波モニター部の出力を速やかに低下する。
【００１６】
これにより、過渡的な過大反射波に対しても半導体が破壊しない信頼性の高いシステムを実現することができる。その後反射波モニター部の信号から検出される反射レベルが最小となる周波数を探りマイクロ波発生部の発振周波数を変更した後出力を元の高いレベルに戻した後は負帰還制御をかけマイクロ波発生部の発振周波数を変化させる構成としたもので、一時的には出力は低下するが反射波の少ない周波数を決定した後は従来通りの高出力がえられるため、加熱室内のインピーダンスが変化しても速やかに元の出力に回復し加熱時間が極度に伸びることなく使い勝手に優れた機器を提供することができる。
【００１７】
第５の発明は、負帰還がかかる頻度を積算し、ある所定量を超えた場合には加熱室からの反射量が増加した発振状態となっていると判断し、反射波モニター部の信号から検出される反射レベルが最小となる周波数を探りマイクロ波発生部の発振周波数を変更するもので負帰還がかかる頻度の増加を見て反射波の最小周波数からのずれを検知し速やかに最小周波数を再設定するもので、半導体への反射波のフィードバックを検知し半導体が破壊する前にマイクロ波発生部の発振周波数を反射波の少ない最適周波数に変更して反射波に対する耐性を著しく向上させるものである。
【００１８】
第６の発明は、負帰還がかかる頻度を積算し、ある所定量以下の場合には制御部は反射波モニター部の監視頻度を間引くもので、安定して加熱し反射波についても大きな変動がない場合に負帰還制御をモニタリングインターバル伸ばす構成とし、そのジョブを他の制御とタイムシェアリングすることで全体的な制御部バランスを低位平準化し、ひいては制御部の低廉化にも寄与しようとするものである。
【００１９】
第７の発明は、第一のしきい値と第二のしきい値を設け、第二のしきい値は第一のしきい値より大なるしきい値とし、制御部は反射波モニター部からの出力が第一しきい値を超え第二のしきい値未満の時には負帰還制御を行い、第二のしきい値を超える場合には加熱室からの反射量が増加した発振状態となっていると判断し、反射波モニター部の信号から検出される反射レベルが最小となる周波数を探りマイクロ波発生部の発振周波数を変更する。
【００２０】
こうすることによって、第二しきい値を超える過大な反射波に対しては速やかに反射レベルが最小となる周波数を探り、再設定するため反射波に対する耐性を著しく向上させるとともに平常時、通常の負帰還制御を実施するため反射波の一定制御（安定制御）は維持できるため信頼性の高い反射波防御システムを提供することができる。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明のマイクロ波発生部３ａ〜３ｄは半導体そしを用いて構成した出力部２ａ〜２ｄと加熱室５内から反射してくる反射電力を検知する反射波モニター部６ａ〜６ｄから構成されている。マイクロ波を発生する基本微弱信号は、半導体発振部１ａ〜１ｄによって作成される。また、この実施の形態の場合、各々の給電部７ａ〜７ｄから発振されるマイクロ波の周波数を個別に制御するために、上述したように半導体発振部１ａ〜１ｄを設けている。これにより加熱室５内の電磁界分布の自由度を増すことができ任意に配置された所望の被加熱物９に対して、そこに電磁波を集中させることができる。このように、給電部７ａ〜７ｄから照射されるマイクロ波を自由にコントロールできるのが、本実施の形態の特徴である。
【００２３】
また、本発明のマイクロ波処理装置は、被加熱物９を収納する略直方体構造からなる加熱室５を有し、加熱室５は金属材料からなる左壁面、右壁面、底壁面、上壁面、奥壁面および被加熱物９を収納するために開閉する開閉扉（図示していない）と、被加熱物９を載置する載置台から構成し、供給されるマイクロ波を内部に閉じ込めるように構成している。そして、マイクロ波発生部３ａ〜３ｄの出力が伝送され、そのマイクロ波を加熱室５内に放射供給する給電部７ａ〜７ｄが、加熱室５を構成する壁面に配置されている。この給電部７ａ〜７ｄの配置は、本実施の形態に拘束されるものではなく、いずれかの壁面に複数の給電部を設けてもよいし、対向面ではない、例えば右壁面と底壁面のような隣接する組合せで、対となる給電部を構成しても構わない。
【００２４】
出力部２ａ〜２ｄ内の電力増幅部は、プリント基板上のカスケードアンプで数十ｄＢ以上増幅されるが、低誘電損失材料から構成した誘電体基板の片面に形成した導電体パターンにて回路を構成し、各増幅部の増幅素子である半導体素子を良好に動作させるべく各半導体素子の入力側と出力側にそれぞれ整合回路を配している。
【００２５】
各々の機能ブロックを接続するマイクロ波伝送路は、誘電体基板の片面に設けた導電体パターンによって、特性インピーダンスが略５０Ωの伝送回路を形成している。
【００２６】
制御部４は、できるだけ反射波が少ない周波数を選択するほうが、被加熱物９の受ける授熱電力を最大化できスピード調理にも貢献できるし、反射波電力による半導体素子の熱損失も軽減でき半導体の耐熱信頼性も向上する。
【００２７】
しかし、調理途上で種々、被加熱物９がマイクロ波加熱の温度の影響を受けることは避けられない。例えば、加熱途中で加熱膨張して被加熱物９が転倒するとか、転がるとかということも希に発生する。また、食品の温度上昇につれて誘電率が徐々に変化することも考えられる。また、ラップをする習慣が、マイクロ波加熱装置ではよく見かけられるが、これも加熱途中膨らんで、被加熱物９の嵩が膨大化することも見かけられる。このような時、加熱室５から見た加熱室５内部のインピーダンスは変化し、図２に示すように、最小反射周波数が刻々と変化することが予測される。
【００２８】
図２に示すａ点は、初期の周波数特性である。被加熱物９の物性変化が現れると、図２に示す点線のｂ点の曲線に推移する。そして、加熱途中で加熱膨張して被加熱物９が転倒したり、転がったり、食品の温度上昇につれて誘電率が変化したり、ラップをした被加熱物９が膨大化したりすると、例えば、図２に示すように、一点鎖線のｃ点のようなところまで、周波数特性が変化することが予測される。その時、反射率は図２に示すｄ分だけ、上昇することになる。即ち、反射が多い状態で、使用していることになる。これは、半導体の反射責務を増やすことになり、例えば、もっと大きく変化すれば、反射が増大して破壊することも想定される。
【００２９】
従って、それを回避する手段として、周波数極小の周波数になるように、常に負帰還制
御をかけて、変化をさせないように補う必要がある。図３を用いて説明する。まずルーチンが初期からスタートしてステップ１で反射波モニター部からの反射をモニターする。次にステップ２で各反射モニター部６ａ〜６ｄの反射の各々を計算で算出する。そこで、各々の周波数を前記獲得データと比較して、反射波が増加しているものについては、次にステップ３では、所定の微小周波数変動量△ｆだけ下げる。その下げた状態で、各反射モニター部６ａ〜６ｄの反射を計算で算出する。
【００３０】
次に、ステップ５で、反射が増加したかどうか反射波モニター部６ａ〜６ｄを監視して判断する。もしＹｅｓであれば、ステップ６で△ｆ周波数を上げる。次に、ステップ７で、各反射モニター部６ａ〜６ｄの反射の各々を計算で算出する。次に、ステップ８で、反射が増加したかどうかを判断して、もしＮｏであれば、負帰還制御が完結して周波数が確定する。もしＹｅｓであれば、ステップ２に戻る。ステップ２〜ステップ８のループで繰り返すようであれば、所定回数カウントして、それを満たせば周波数を確定する。
【００３１】
一方、ステップ５でＮｏであれば、ステップ１０で、△ｆ周波数を下げる。次に、ステップ１１で、各反射モニター部６ａ〜６ｄの反射の各々を計算で算出する。ステップ１２で、反射が増加したものがあるかを判定し、Ｙｅｓであれば周波数を確定する。Ｎｏであればステップ６にジャンプし、△ｆ周波数を上げるルーチンに分岐する。以降は前述した通り、周波数が確定する。周波数の可変範囲はＩＳＭバンド（２．４５Ｇ±０．０５Ｇ）となっており、このシーケンスに従って、自在に上記シーケンスで、負帰還のための周波数可変が可能である。このシーケンスを各々の給電部７ａ〜７ｄから発振されるマイクロ波に対して、並行して実施することになる。例えば、相互の給電部７ａ〜７ｄが結合性を帯び、影響し合っている可能性があるので、１つの給電口のブロックを変化させると、それに結合性を帯びた別のブロックが影響を受けて、変化する可能性があるからである。そのような相互干渉の関係から、なかなかベスト状態に収束しない可能性もあるが、その時は所定時間を区切って、シーケンスの実行を終息させる必要がある。例えば、所定時間内で２つのブロックが周波数確定すれば、シーケンスを終了するとか何らかの律則は必要かもしれない。
【００３２】
また、システムを簡略化するために、別に存在する機器全体をコントロールするマイクロコンピューターがあるが、その中にこのタスクを入れ込むことによって、１つのマイクロコンピューターによってタスクを並列実施し、システムの大幅な省部品化を実施し経済効果を発揮することもできる。
【００３３】
しかし、上述したように調理途上で種々、被加熱物９がマイクロ波加熱の温度の影響を受けることは避けられない。例えば、加熱途中で加熱膨張して被加熱物９が転倒するとか、転がるとかということも希に発生する。また、食品の温度上昇につれて、誘電率が徐々に変化することも考えられる。また、ラップをする習慣がマイクロ波加熱装置ではよく見かけるが、これも加熱途中膨らんで、被加熱物９の嵩が膨大化することも見かけられる。このような時、加熱室５から見た加熱室内部のインピーダンスは変化し図２に示すように最小反射周波数が刻々と変化することが予測される。
【００３４】
また、各々の出力部に応じた限界しきい値を備え、負帰還がかかる変化量が限界しきい値を超えた場合には、加熱室５からの反射量が増加した発振状態となっていると判断する。そして、制御部４は、反射波モニター部６ａ〜６ｄの出力を速やかに低下した後、反射波モニター部６ａ〜６ｄの信号から検出される反射レベルが最小となる周波数を探り、半導体発振部１ａ〜１ｄの発振周波数をＩＳＭバンド内で再度反射が最小値となる周波数に変更する。その後出力を元に戻し、負帰還制御をかけ負帰還制御シーケンスに戻り、半導体発振部１ａ〜１ｄの発振周波数を変化させる構成とすることにより、信頼性の高いシステムを構築することもできる。
【００３５】
また、負帰還がかかる頻度を積算し、ある所定量を超えた場合には加熱室５からの反射量が増加した発振状態となっていると判断し、反射波モニター部６ａ〜６ｄの信号から検出される反射レベルが最小となる周波数を探り、半導体発振部１ａ〜１ｄの発振周波数を変更する構成とすればより信頼性の高いシステムを構築することもできる。
【００３６】
逆に、負帰還がかかる頻度が少ない安定な状態が継続している場合は、監視の頻度を間引き、制御部４は別のタスクを処理する方に専念し、タスクを有効に活用することができ、トータル的な制御部４のパフォーマンスをアップすることもできる。
【００３７】
また、第一のしきい値と第二のしきい値を設け、第二のしきい値は、第一のしきい値より大なるしきい値とし、制御部４は反射波モニター部６ａ〜６ｄからの出力が、第一のしきい値を超え第二のしきい値未満の時には、上述した負帰還制御を行い、第二のしきい値を超える場合には、加熱室５からの反射量が増加した発振状態となっていると判断し、反射波モニター部６ａ〜６ｄの信号から検出される反射レベルが最小となる周波数を探り、半導体発振部１ａ〜１ｄの発振周波数を変更する構成とすることで、より信頼性の高いシステムを構築することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、本発明にかかるマイクロ波加熱装置は、複数の給電部を有しマイクロ波を放射する給電部へ戻ってきた反射波から半導体の破壊を阻止する装置を提供できるので、電子レンジで代表されるような誘電加熱を利用した加熱装置や生ゴミ処理機、あるいは半導体製造装置であるプラズマ電源のマイクロ波電源などの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置のシステム構成図
【図２】本発明の被加熱物の変化に伴う周波数スペクトラムの変化を示す特性図
【図３】本発明の実施の形態における負帰還制御の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
【００４０】
１ 半導体発振部
２ 出力部
３ マイクロ波発生部
４ 制御部
５ 加熱室
６ 反射モニター部
１０ しきい値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を照射して加熱対象物である被加熱物加熱処理するマイクロ波加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波により対象物を加熱処理するマイクロ波加熱装置の代表的な装置としては電子レンジがある。電子レンジにおいては、マイクロ波発生装置においてマイクロ波が金属性の加熱室の内部に放射され、加熱室内部の被加熱物を放射されたマイクロ波により加熱処理される。
【０００３】
従来、このマイクロ波加熱装置としては半導体発振部とこの半導体発振部の発振出力を複数に分割する分割部と分割された発振出力を各々増幅する分割器と分割された発振出力を各々増幅する合成部とを備えるとともに、この合成器と加熱室とのあいだの反射波を検出する検出手段を設け、この検出手段が検出する反射波の量に応じて発振器の発振状態を変化させるものであった。
【特許文献１】特開昭５６−１３４４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では各々の半導体発振部を合成部で合成しているため一箇所の給電口からの発振出力に関しての反射波を常に監視して、反射波がある程度以上大きくなったならば、発振器の発振を停止するか、または発振周波数を変化させるか、または停止させるか、または発振出力を変化させ小さくすることによって、アイソレータなどの半導体発振部用保護手段を用いずとも、半導体部を破壊させないものであった。
【０００５】
また、発振出力を変化させ小さくするといっても、どこまで小さくするのかということが不明確である。また、その制御律則も極めて不明確である。また加熱室との間の反射波を検出する検出手段を検知すると言及しているが、合成部の反射波を検出している場合においては、半導体発振器各々にどれだけ反射波負担が加わっているのかが不明確で、完全に半導体発振器を保護し得ているのかに不確かさが残る。
【０００６】
また、複数の半導体発振部とそれに続く給電口を設け、加熱室内部で空間合成する場合においては、一切触れられていない。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するもので、複数の半導体発振部を設けた構成においても各々の反射波負担を検出し、いずれか一つの半導体発振部に過大な反射波がかからないで、かつ最大限にマイクロ波を照射することができるマイクロ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】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロ波加熱装置は、少なくとも１個以上の半導体発振部に繋がる出力部を有するマイクロ波発生部と、被加熱物を収納する加熱室と、出力部の後段に位置し反射波レベルを常時監視する反射波モニター部を設けたものである。半導体発振部が破壊しない反射波レベルを決定するしきい値を備え、前記制御部は各々の前記反射波モニター部の信号が前記しきい値を超えると半導体発振部の出力をしきい値以下になるように発振周波数に対する負帰還制御をかけることによって、半導体発振部に過大な反射波エネルギーが加わらないように保護するとともに、反射波を許容する
しきい値まではマイクロ波加熱を行うためしきい値を超えない範囲まででの加熱の継続性を維持することができる。
【０００９】
また本発明のマイクロ波加熱装置は、半導体発振部が破壊しない反射波レベルを決定する各々の出力部に応じたしきい値を備え、発振周波数に対する負帰還がかかる変化量がある所定量を超えた場合には加熱室からの反射量が増加した発振状態となっていると判断し、反射波モニター部の信号から検出される反射レベルが最小となる周波数を探り動作周波数を変更する構成とするため、再度反射が最小となる周波数に設定しなおすことができ、マイクロ波発振周波数に対して負帰還制御をかけマイクロ波発生部の発振周波数を変化させる出力を最大限にする最適周波数での加熱を再現することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のマイクロ波加熱装置は、複数の半導体発振部に繋がる出力部を有するマイクロ波発生部と、被加熱物を収納する加熱室と、出力部の後段に位置し反射波レベルを常時監視する反射波モニター部と、反射波モニター部の信号を受け出力部の出力をコントロールする制御部と、半導体発振部が破壊しない反射波レベルを決定するしきい値とを備え、制御部は各々の反射波モニター部の信号の各々の反射モニター部の信号がしきい値を超えると前記半導体発振部の出力をしきい値以下になるように負帰還制御をかける構成としたものである。加熱中の食品の転倒や食品ラップが膨らんで被加熱物の嵩が膨大化する等が生じて加熱室のインピーダンスが変化する現象が生じても、その変化に負帰還制御をかけ、しきい値を超えないように半導体発振部の発振周波数が適切な周波数になるように作用し、反射波を抑制して過大な反射波が半導体発振部に戻り半導体素子が破壊することを防ぐものである。これによって常に反射波レベルを低く抑え食品への加熱集中を最大化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は、複数の半導体発振部に繋がる出力部を有するマイクロ波発生部と、被加熱物を収納する加熱室と、出力部の後段に位置し反射波レベルを常時監視する反射波モニター部と、反射波モニター部の信号を受け出力部の出力をコントロールする制御部と、半導体発振部が破壊しない反射波レベルを決定する各々の出力部に応じたしきい値とを備え、制御部は各々の反射波モニター部がしきい値レベルを超えるとマイクロ波発生部の発振周波数を変化させることにより半導体発振部の出力をしきい値以下になるようにするものである。
【００１２】
負帰還制御をかけマイクロ波発生部の発振周波数を変化させることにより、加熱中の食品の転倒や食品ラップが膨らんで被加熱物の嵩が膨大化する等が生じて加熱室のインピーダンスが変化する現象が生じても半導体発振部の発振周波数が適切な周波数になるように作用し、反射波を抑制して過大な反射波が半導体発振部に戻り半導体素子が破壊することを防ぐものである。これによって常に反射波レベルを低く抑え食品への加熱集中を最大化することができる。
【００１３】
第２の発明は、制御部としてマイクロコンピューターを用いるものである。各種演算処理、記憶機能等のデジタル演算処理がプロセス処理に必要となってくる本アプリケーションでは、他の多くの家電機器で数多く採用されているマイクロコンピューターは取り扱う数量も多くまたプロセスルールの微細化、ウェハの大口径化もあいまってトレンドとしては急激に低価格化しており経済的な面や性能面で優れている。そのような観点で将来的にも多くコストパフォーマンスが進化予想されるマイクロコンピューターを採用することは本機器にとって非常に経済面、性能面で有利な状態を築くことができる。
【００１４】
第３の発明は、機器全体を制御しているマイクロコンピューター上の本発明の装置のマ
イクロコンピューターの機能を移植し冗長度を大幅に削減し経済的効果を発揮するとともに、２部品を１部品化するという観点から部品点数の削減にも繋がりシステム全体を簡素化することができる。
【００１５】
第４の発明は、複数の半導体発振部に繋がる出力部を有するマイクロ波発生部と、被加熱物を収納する加熱室と、出力部の後段に位置し反射波レベルを常時監視する反射波モニター部と、反射波モニター部の信号を受け出力部の出力をコントロールする制御部と、半導体発振部が破壊しない反射波レベルを決定する各々の出力部に応じた限界しきい値とを備え、負帰還がかかる変化量が限界しきい値を超えた場合には加熱室からの反射量が増加した発振状態となっていると判断し、制御部は反射波モニター部の出力を速やかに低下する。
【００１６】
これにより、過渡的な過大反射波に対しても半導体が破壊しない信頼性の高いシステムを実現することができる。その後反射波モニター部の信号から検出される反射レベルが最小となる周波数を探りマイクロ波発生部の発振周波数を変更した後出力を元の高いレベルに戻した後は負帰還制御をかけマイクロ波発生部の発振周波数を変化させる構成としたもので、一時的には出力は低下するが反射波の少ない周波数を決定した後は従来通りの高出力がえられるため、加熱室内のインピーダンスが変化しても速やかに元の出力に回復し加熱時間が極度に伸びることなく使い勝手に優れた機器を提供することができる。
【００１７】
第５の発明は、負帰還がかかる頻度を積算し、ある所定量を超えた場合には加熱室からの反射量が増加した発振状態となっていると判断し、反射波モニター部の信号から検出される反射レベルが最小となる周波数を探りマイクロ波発生部の発振周波数を変更するもので負帰還がかかる頻度の増加を見て反射波の最小周波数からのずれを検知し速やかに最小周波数を再設定するもので、半導体への反射波のフィードバックを検知し半導体が破壊する前にマイクロ波発生部の発振周波数を反射波の少ない最適周波数に変更して反射波に対する耐性を著しく向上させるものである。
【００１８】
第６の発明は、負帰還がかかる頻度を積算し、ある所定量以下の場合には制御部は反射波モニター部の監視頻度を間引くもので、安定して加熱し反射波についても大きな変動がない場合に負帰還制御をモニタリングインターバル伸ばす構成とし、そのジョブを他の制御とタイムシェアリングすることで全体的な制御部バランスを低位平準化し、ひいては制御部の低廉化にも寄与しようとするものである。
【００１９】
第７の発明は、第一のしきい値と第二のしきい値を設け、第二のしきい値は第一のしきい値より大なるしきい値とし、制御部は反射波モニター部からの出力が第一しきい値を超え第二のしきい値未満の時には負帰還制御を行い、第二のしきい値を超える場合には加熱室からの反射量が増加した発振状態となっていると判断し、反射波モニター部の信号から検出される反射レベルが最小となる周波数を探りマイクロ波発生部の発振周波数を変更する。
【００２０】
こうすることによって、第二しきい値を超える過大な反射波に対しては速やかに反射レベルが最小となる周波数を探り、再設定するため反射波に対する耐性を著しく向上させるとともに平常時、通常の負帰還制御を実施するため反射波の一定制御（安定制御）は維持できるため信頼性の高い反射波防御システムを提供することができる。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明のマイクロ波発生部３ａ〜３ｄは半導体そしを用いて構成した出力部２ａ〜２ｄと加熱室５内から反射してくる反射電力を検知する反射波モニター部６ａ〜６ｄから構成されている。マイクロ波を発生する基本微弱信号は、半導体発振部１ａ〜１ｄによって作成される。また、この実施の形態の場合、各々の給電部７ａ〜７ｄから発振されるマイクロ波の周波数を個別に制御するために、上述したように半導体発振部１ａ〜１ｄを設けている。これにより加熱室５内の電磁界分布の自由度を増すことができ任意に配置された所望の被加熱物９に対して、そこに電磁波を集中させることができる。このように、給電部７ａ〜７ｄから照射されるマイクロ波を自由にコントロールできるのが、本実施の形態の特徴である。
【００２３】
また、本発明のマイクロ波処理装置は、被加熱物９を収納する略直方体構造からなる加熱室５を有し、加熱室５は金属材料からなる左壁面、右壁面、底壁面、上壁面、奥壁面および被加熱物９を収納するために開閉する開閉扉（図示していない）と、被加熱物９を載置する載置台から構成し、供給されるマイクロ波を内部に閉じ込めるように構成している。そして、マイクロ波発生部３ａ〜３ｄの出力が伝送され、そのマイクロ波を加熱室５内に放射供給する給電部７ａ〜７ｄが、加熱室５を構成する壁面に配置されている。この給電部７ａ〜７ｄの配置は、本実施の形態に拘束されるものではなく、いずれかの壁面に複数の給電部を設けてもよいし、対向面ではない、例えば右壁面と底壁面のような隣接する組合せで、対となる給電部を構成しても構わない。
【００２４】
出力部２ａ〜２ｄ内の電力増幅部は、プリント基板上のカスケードアンプで数十ｄＢ以上増幅されるが、低誘電損失材料から構成した誘電体基板の片面に形成した導電体パターンにて回路を構成し、各増幅部の増幅素子である半導体素子を良好に動作させるべく各半導体素子の入力側と出力側にそれぞれ整合回路を配している。
【００２５】
各々の機能ブロックを接続するマイクロ波伝送路は、誘電体基板の片面に設けた導電体パターンによって、特性インピーダンスが略５０Ωの伝送回路を形成している。
【００２６】
制御部４は、できるだけ反射波が少ない周波数を選択するほうが、被加熱物９の受ける授熱電力を最大化できスピード調理にも貢献できるし、反射波電力による半導体素子の熱損失も軽減でき半導体の耐熱信頼性も向上する。
【００２７】
しかし、調理途上で種々、被加熱物９がマイクロ波加熱の温度の影響を受けることは避けられない。例えば、加熱途中で加熱膨張して被加熱物９が転倒するとか、転がるとかということも希に発生する。また、食品の温度上昇につれて誘電率が徐々に変化することも考えられる。また、ラップをする習慣が、マイクロ波加熱装置ではよく見かけられるが、これも加熱途中膨らんで、被加熱物９の嵩が膨大化することも見かけられる。このような時、加熱室５から見た加熱室５内部のインピーダンスは変化し、図２に示すように、最小反射周波数が刻々と変化することが予測される。
【００２８】
図２に示すａ点は、初期の周波数特性である。被加熱物９の物性変化が現れると、図２に示す点線のｂ点の曲線に推移する。そして、加熱途中で加熱膨張して被加熱物９が転倒したり、転がったり、食品の温度上昇につれて誘電率が変化したり、ラップをした被加熱物９が膨大化したりすると、例えば、図２に示すように、一点鎖線のｃ点のようなところまで、周波数特性が変化することが予測される。その時、反射率は図２に示すｄ分だけ、上昇することになる。即ち、反射が多い状態で、使用していることになる。これは、半導体の反射責務を増やすことになり、例えば、もっと大きく変化すれば、反射が増大して破壊することも想定される。
【００２９】
従って、それを回避する手段として、周波数極小の周波数になるように、常に負帰還制
御をかけて、変化をさせないように補う必要がある。図３を用いて説明する。まずルーチンが初期からスタートしてステップ１で反射波モニター部からの反射をモニターする。次にステップ２で各反射モニター部６ａ〜６ｄの反射の各々を計算で算出する。そこで、各々の周波数を前記獲得データと比較して、反射波が増加しているものについては、次にステップ３では、所定の微小周波数変動量△ｆだけ下げる。その下げた状態で、各反射モニター部６ａ〜６ｄの反射を計算で算出する。
【００３０】
次に、ステップ５で、反射が増加したかどうか反射波モニター部６ａ〜６ｄを監視して判断する。もしＹｅｓであれば、ステップ６で△ｆ周波数を上げる。次に、ステップ７で、各反射モニター部６ａ〜６ｄの反射の各々を計算で算出する。次に、ステップ８で、反射が増加したかどうかを判断して、もしＮｏであれば、負帰還制御が完結して周波数が確定する。もしＹｅｓであれば、ステップ２に戻る。ステップ２〜ステップ８のループで繰り返すようであれば、所定回数カウントして、それを満たせば周波数を確定する。
【００３１】
一方、ステップ５でＮｏであれば、ステップ１０で、△ｆ周波数を下げる。次に、ステップ１１で、各反射モニター部６ａ〜６ｄの反射の各々を計算で算出する。ステップ１２で、反射が増加したものがあるかを判定し、Ｙｅｓであれば周波数を確定する。Ｎｏであればステップ６にジャンプし、△ｆ周波数を上げるルーチンに分岐する。以降は前述した通り、周波数が確定する。周波数の可変範囲はＩＳＭバンド（２．４５Ｇ±０．０５Ｇ）となっており、このシーケンスに従って、自在に上記シーケンスで、負帰還のための周波数可変が可能である。このシーケンスを各々の給電部７ａ〜７ｄから発振されるマイクロ波に対して、並行して実施することになる。例えば、相互の給電部７ａ〜７ｄが結合性を帯び、影響し合っている可能性があるので、１つの給電口のブロックを変化させると、それに結合性を帯びた別のブロックが影響を受けて、変化する可能性があるからである。そのような相互干渉の関係から、なかなかベスト状態に収束しない可能性もあるが、その時は所定時間を区切って、シーケンスの実行を終息させる必要がある。例えば、所定時間内で２つのブロックが周波数確定すれば、シーケンスを終了するとか何らかの律則は必要かもしれない。
【００３２】
また、システムを簡略化するために、別に存在する機器全体をコントロールするマイクロコンピューターがあるが、その中にこのタスクを入れ込むことによって、１つのマイクロコンピューターによってタスクを並列実施し、システムの大幅な省部品化を実施し経済効果を発揮することもできる。
【００３３】
しかし、上述したように調理途上で種々、被加熱物９がマイクロ波加熱の温度の影響を受けることは避けられない。例えば、加熱途中で加熱膨張して被加熱物９が転倒するとか、転がるとかということも希に発生する。また、食品の温度上昇につれて、誘電率が徐々に変化することも考えられる。また、ラップをする習慣がマイクロ波加熱装置ではよく見かけるが、これも加熱途中膨らんで、被加熱物９の嵩が膨大化することも見かけられる。このような時、加熱室５から見た加熱室内部のインピーダンスは変化し図２に示すように最小反射周波数が刻々と変化することが予測される。
【００３４】
また、各々の出力部に応じた限界しきい値を備え、負帰還がかかる変化量が限界しきい値を超えた場合には、加熱室５からの反射量が増加した発振状態となっていると判断する。そして、制御部４は、反射波モニター部６ａ〜６ｄの出力を速やかに低下した後、反射波モニター部６ａ〜６ｄの信号から検出される反射レベルが最小となる周波数を探り、半導体発振部１ａ〜１ｄの発振周波数をＩＳＭバンド内で再度反射が最小値となる周波数に変更する。その後出力を元に戻し、負帰還制御をかけ負帰還制御シーケンスに戻り、半導体発振部１ａ〜１ｄの発振周波数を変化させる構成とすることにより、信頼性の高いシステムを構築することもできる。
【００３５】
また、負帰還がかかる頻度を積算し、ある所定量を超えた場合には加熱室５からの反射量が増加した発振状態となっていると判断し、反射波モニター部６ａ〜６ｄの信号から検出される反射レベルが最小となる周波数を探り、半導体発振部１ａ〜１ｄの発振周波数を変更する構成とすればより信頼性の高いシステムを構築することもできる。
【００３６】
逆に、負帰還がかかる頻度が少ない安定な状態が継続している場合は、監視の頻度を間引き、制御部４は別のタスクを処理する方に専念し、タスクを有効に活用することができ、トータル的な制御部４のパフォーマンスをアップすることもできる。
【００３７】
また、第一のしきい値と第二のしきい値を設け、第二のしきい値は、第一のしきい値より大なるしきい値とし、制御部４は反射波モニター部６ａ〜６ｄからの出力が、第一のしきい値を超え第二のしきい値未満の時には、上述した負帰還制御を行い、第二のしきい値を超える場合には、加熱室５からの反射量が増加した発振状態となっていると判断し、反射波モニター部６ａ〜６ｄの信号から検出される反射レベルが最小となる周波数を探り、半導体発振部１ａ〜１ｄの発振周波数を変更する構成とすることで、より信頼性の高いシステムを構築することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、本発明にかかるマイクロ波加熱装置は、複数の給電部を有しマイクロ波を放射する給電部へ戻ってきた反射波から半導体の破壊を阻止する装置を提供できるので、電子レンジで代表されるような誘電加熱を利用した加熱装置や生ゴミ処理機、あるいは半導体製造装置であるプラズマ電源のマイクロ波電源などの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置のシステム構成図
【図２】本発明の被加熱物の変化に伴う周波数スペクトラムの変化を示す特性図
【図３】本発明の実施の形態における負帰還制御の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
【００４０】
１ 半導体発振部
２ 出力部
３ マイクロ波発生部
４ 制御部
５ 加熱室
６ 反射モニター部
１０ しきい値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発振部に接続された出力部を有する複数のマイクロ波発生部と、被加熱物を収納する加熱室と、前記出力部の後段に位置し反射波レベルを常時監視する反射波モニター部と、前記反射波モニター部の信号を受け前記出力部の出力をコントロールする制御部と、前記半導体発振部が破壊しない反射波レベルを決定する各々の前記出力部に応じたしきい値とを備え、前記制御部は各々の前記反射波モニター部の信号が前記しきい値を超えると前記半導体発振部の出力を前記しきい値以下になるように負帰還制御をかけ前記半導体発振部の発振周波数を変化させる構成としたマイクロ波加熱装置。
【請求項２】
制御部はマイクロコンピューターを用い常時負帰還制御をかける構成とした請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項３】
マイクロコンピューターはマイクロ波加熱装置を制御するマイクロコンピューターを併用して処理を実施する構成とした請求項１または２に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項４】
半導体発振部に接続された出力部を有する複数のマイクロ波発生部と、被加熱物を収納する加熱室と、前記出力部の後段に位置し反射波レベルを常時監視する反射波モニター部と、前記反射波モニター部の信号を受け前記出力部の出力をコントロールする制御部と、前記半導体発振部が破壊しない反射波レベルを決定する各々の前記出力部に応じた限界しきい値とを備え、負帰還がかかる変化量が前記限界しきい値を超えた場合には前記制御部は前記反射波モニター部の出力を速やかに低下した後、前記反射波モニター部の信号から検出される反射レベルが最小となる周波数を探り、前記半導体発振部の発振周波数を変更した後出力を元に戻し負帰還制御をかけ前記半導体発振部の発振周波数を変化させる構成としたマイクロ波加熱装置。
【請求項５】
負帰還がかかる頻度を積算し、ある所定量を超えた場合には反射波モニター部の信号から検出される反射レベルが最小となる周波数を探り、マイクロ波発生部の発振周波数を変更する構成とした請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項６】
負帰還がかかる頻度を積算し、ある所定量以下の場合には制御部は反射波モニター部の監視頻度を間引く構成とした請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項７】
第一のしきい値と第二のしきい値を設け、前記第二のしきい値は前記第一のしきい値より大なるしきい値とし、制御部は反射波モニター部からの出力が前記第一しきい値を超え前記第二のしきい値未満の時には負帰還制御を行い、前記第二のしきい値を超える場合には前記反射波モニター部の信号から検出される反射レベルが最小となる周波数を探り、前記マイクロ波発生部の前記発振周波数を変更する構成とした請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１】
半導体発振部に接続された出力部を有する複数のマイクロ波発生部と、被加熱物を収納する加熱室と、前記出力部の後段に位置し反射波レベルを常時監視する反射波モニター部と、前記反射波モニター部の信号を受け前記出力部の出力をコントロールする制御部と、前記半導体発振部が破壊しない反射波レベルを決定する各々の前記出力部に応じたしきい値とを備え、前記制御部は各々の前記反射波モニター部の信号が前記しきい値を超えると前記半導体発振部の出力を前記しきい値以下になるように負帰還制御をかけ前記半導体発振部の発振周波数を変化させる構成としたマイクロ波加熱装置。
【請求項２】
制御部はマイクロコンピューターを用い常時負帰還制御をかける構成とした請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項３】
マイクロコンピューターはマイクロ波加熱装置を制御するマイクロコンピューターを併用して処理を実施する構成とした請求項１または２に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項４】
半導体発振部に接続された出力部を有する複数のマイクロ波発生部と、被加熱物を収納する加熱室と、前記出力部の後段に位置し反射波レベルを常時監視する反射波モニター部と、前記反射波モニター部の信号を受け前記出力部の出力をコントロールする制御部と、前記半導体発振部が破壊しない反射波レベルを決定する各々の前記出力部に応じた限界しきい値とを備え、負帰還がかかる変化量が前記限界しきい値を超えた場合には前記制御部は前記反射波モニター部の出力を速やかに低下した後、前記反射波モニター部の信号から検出される反射レベルが最小となる周波数を探り、前記半導体発振部の発振周波数を変更した後出力を元に戻し負帰還制御をかけ前記半導体発振部の発振周波数を変化させる構成としたマイクロ波加熱装置。
【請求項５】
負帰還がかかる頻度を積算し、ある所定量を超えた場合には反射波モニター部の信号から検出される反射レベルが最小となる周波数を探り、マイクロ波発生部の発振周波数を変更する構成とした請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項６】
負帰還がかかる頻度を積算し、ある所定量以下の場合には制御部は反射波モニター部の監視頻度を間引く構成とした請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項７】
第一のしきい値と第二のしきい値を設け、前記第二のしきい値は前記第一のしきい値より大なるしきい値とし、制御部は反射波モニター部からの出力が前記第一しきい値を超え前記第二のしきい値未満の時には負帰還制御を行い、前記第二のしきい値を超える場合には前記反射波モニター部の信号から検出される反射レベルが最小となる周波数を探り、前記マイクロ波発生部の前記発振周波数を変更する構成とした請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−８０１８５（Ｐ２０１０−８０１８５Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４５８３１（Ｐ２００８−２４５８３１）
【出願日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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