(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を発生して被加熱物を加熱処理するマイクロ波処理装置であって、
被加熱物を収納しかつマイクロ波の外部への漏洩を防止する金属製のキャビティと、
被加熱物を収納自在に開閉し閉成時にはキャビティの開口を密閉しマイクロ波の外部への漏洩を防止するドアと、
前記ドアの開成と連動して電源ラインを両切りするドアスイッチと、
マイクロ波を発生する発振器と、
前記発振器により発生されたマイクロ波を増幅する増幅器と、
前記増幅器に電力を供給する電源部と、
前記増幅器のマイクロ波電力を伝送する同軸線と、
前記増幅器により増幅されたマイクロ波を放射する放射部と、を備え、
前記増幅器は非絶縁型で絶縁トランスを有さないＡＣ−ＤＣコンバータからなり、その出力は前記同軸線によって前記放射部と前記キャビティに結合され、前記ドア閉成時には前記放射部と前記キャビティは充電部となり且つ使用者が触る可能性のある金属部とは絶縁を確保し、前記ドア開成時には前記ドアスイッチの働きにより前記ＡＣ−ＤＣコンバータへの電力供給を遮断するため前記放射部と前記キャビティは非充電部となる構成としたマイクロ波処理装置。
【請求項２】
マイクロ波を発生して被加熱物を加熱処理するマイクロ波処理装置であって、
被加熱物を収納しかつマイクロ波の外部への漏洩を防止する金属製のキャビティと、
被加熱物を収納自在に開閉し閉成時にはキャビティの開口を密閉しマイクロ波の外部への漏洩を防止するドアと、
前記ドアの開成と連動して電源ラインを両切りするドアスイッチと、
マイクロ波を発生する発振器と、
前記発振器により発生されたマイクロ波を増幅する増幅器と、
前記増幅器に電力を供給する電源部と、
前記増幅器のマイクロ波電力を伝送する同軸線と、
前記キャビティに対して絶縁を有して形成され且つ前記同軸線によって結合され前記キャビティ内にマイクロ波を放射する放射部と、を備え、
前記増幅器は非絶縁型で絶縁トランスを有さないＡＣ−ＤＣコンバータからなり、前記ドア閉成時には前記放射部は充電部となり且つ使用者が触る可能性のある金属部とは絶縁を確保し、前記ドア開成時には前記ドアスイッチの働きにより前記ＡＣ−ＤＣコンバータへの電力供給を遮断するため前記放射部は非充電部となる構成としたマイクロ波処理装置。
【請求項３】
キャビティと放射部との絶縁部からのマイクロ波の漏洩を防止するチョーク部を設けた請求項２に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項４】
少なくとも一つ以上の発振器、増幅器、電源部、同軸線、放射部を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非絶縁のＡＣ−ＤＣコンバータを用いてマイクロ波を電力増幅するマイクロ波処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種のマイクロ波処理装置においては、例えばトランスを用いた商用電源を直流電源に変えるＡＣ−ＤＣコンバータ用いているものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来、この種のマイクロ波処理装置のＡＣ−ＤＣコンバータは絶縁トランスを有し絶縁を構成し、絶縁トランスの２次側は電気的にフローティングしＧＮＤ電位をフレームアースすることで非常に扱いやすい機器であった。図１２は、特許文献１に記載された従来のマイクロ波処理装置の構成を示すシステムブロック図である。図１２に示すように、絶縁トランスを有し、ＰＦＣ回路によって電流高調波成分を除去する目的でキャリア周波数は５０〜６０ｋＨｚに変換されており絶縁トランスの小型化を想定していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０６００１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、確かに原理的には、キャリア周波数が高いため絶縁トランスは小型化できる要因はあるが、例えば１００Ｖ商用電源を用いる家庭用であれば約１５００Ｗ、またファーストフード店舗や飲食店厨房等で使用される機器においては３０００Ｗという巨大な電力を扱う装置においては、それを絶縁し電力を磁気伝送するトランスは大型のコア、ボビンが必要となり、一般汎用部品は存在せず、一から十までオリジナル設計し部品メーカーにカスタムメードしなければならないという非常に非効率な設計開発をしいるという課題を有していた。
【０００６】
さらに、非絶縁のＡＣ−ＤＣコンバータを有し、絶縁トランスレス構成とし、発振器から供給されるマイクロ波を増幅する増幅器に非絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータから直流電圧を供給し、それと同軸線を介して接続されるキャビティと、マイクロ波をマイクロ波処理装置に供給する放射部は商用電源に活電し人が触れる可能性のある金属部が充電されることによってユーザーが感電するという課題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロ波処理装置は、被加熱物を収納しかつマイクロ波の外部への漏洩を防止する金属製のキャビティと、被加熱物を収納自在に開閉し閉成時にはキャビティの開口を密閉しマイクロ波の外部への漏洩を防止するドアと、ドアの開成と連動して電源ラインを両切りするドアスイッチと、マイクロ波を発生する発振器と、発振器により発生されたマイクロ波を増幅する増幅器と、増幅器に電力を供給する電源部と、増幅器のマイクロ波電力を伝送する同軸線と、増幅器により増幅されたマイクロ波を放射する放射部とを備え、増幅器は非絶縁型で絶縁トランスを有さないＡＣ−ＤＣコンバータからなり、その出力は同軸線によって放射部とキャビティに結合され、ドア閉成時には放射部とキャビティは充電部となり且つ使用者が触る可能性のある金属部とは絶縁を確保し、ドア開成時にはドアスイッチの働きによりＡＣ−ＤＣコンバータへの電
力供給を遮断するため、放射部とキャビティは非充電部となる構成としたものである。
【０００８】
これによってドアの閉成時には人が触る可能性のある金属部は絶縁が確保されているため感電する可能性がなく、ドア開成時にはドアスイッチの働きにより人が触る可能性のある金属部は非充電部となるため非絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータからなるトランスレス構造としても感電の危険性のない安全なマイクロ波処理装置を実現することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のマイクロ波処理装置はトランスレスの非絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータからなる電源を用いても感電を生じない小型で経済性に優れたマイクロ波処理装置を提供することができる。さらに、本発明のマイクロ波処理措置は非絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータを使用しトランスレスを図っているためシステムを大幅に簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波処理装置のドアが閉まった状態の全体の構成を示すシステムブロック図
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波処理装置のドアが開いた状態の全体の構成を示すシステムブロック図
【図３】本発明の第２の実施の形態におけるマイクロ波処理装置のドアが閉まった状態の全体の構成を示すシステムブロック図
【図４】本発明の第２の実施の形態におけるマイクロ波処理装置のドアが開いた状態の全体の構成を示すシステムブロック図
【図５】本発明の第３の実施の形態におけるマイクロ波処理装置のドアが開いた状態の全体の構成を示すシステムブロック図
【図６】本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波処理装置のＡＣ−ＤＣコンバータを示す回路図
【図７】本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波処理装置のトランジスタがＯＮの状態のＡＣ−ＤＣコンバータ動作を示す原理説明図
【図８】本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波処理装置のトランジスタがＯＦＦの状態のＡＣ−ＤＣコンバータ動作を示す原理説明図
【図９】本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波処理装置の回路動作を説明するための各部波形のタイミングチャート
【図１０】本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波処理装置に適用される同軸線を示す断面図
【図１１】本発明の第３の実施の形態におけるマイクロ波処理装置のチョーク部の構成を示す部分断面図
【図１２】従来のマイクロ波処理装置の構成を示すシステムブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の発明は、マイクロ波を発生して被加熱物を加熱処理するマイクロ波処理装置であって、被加熱物を収納しかつマイクロ波の外部への漏洩を防止する金属製のキャビティと、被加熱物を収納自在に開閉し閉成時にはキャビティの開口を密閉しマイクロ波の外部への漏洩を防止するドアと、ドアの開成と連動して電源ラインを両切りするドアスイッチと、マイクロ波を発生する発振器と、発振器により発生されたマイクロ波を増幅する増幅器と、増幅器に電力を供給する電源部と、増幅器のマイクロ波電力を伝送する同軸線と、増幅器により増幅されたマイクロ波を放射する放射部と、を備え、増幅器は非絶縁型で絶縁トランスを有さないＡＣ−ＤＣコンバータからなり、その出力は同軸線によって放射部とキャビティに結合され、ドア閉成時には放射部とキャビティは充電部となり且つ使用者が触る可能性のある金属部とは絶縁を確保することによって感電を防止している。ドア開成時にはドアスイッチの働きによりＡＣ−ＤＣコンバータへの電力供給を遮断することによ
り放射部とキャビティは非充電部となる構成となっている。よって人が触る可能性のある金属部は常に絶縁が確保されている。従って非絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータからなるトランスレス構造としても感電の危険を回避することができる。
【００１２】
第２の発明は、マイクロ波を発生して被加熱物を加熱処理するマイクロ波処理装置であって、被加熱物を収納しかつマイクロ波の外部への漏洩を防止する金属製のキャビティと、被加熱物を収納自在に開閉し閉成時にはキャビティの開口を密閉しマイクロ波の外部への漏洩を防止するドアと、前記ドアの開成と連動して電源ラインを両切りするドアスイッチと、マイクロ波を発生する発振器と、前記発振器により発生されたマイクロ波を増幅する増幅器と、前記増幅器に電力を供給する電源部と、前記増幅器のマイクロ波電力を伝送する同軸線と、前記キャビティに対して絶縁を有して形成され且つ前記同軸線によって結合され前記キャビティ内にマイクロ波を放射する放射部と、を備え、前記増幅器は非絶縁型で絶縁トランスを有さないＡＣ−ＤＣコンバータからなり、前記ドア閉成時には前記放射部は充電部となり且つ使用者が触る可能性のある金属部とは絶縁を確保し、前記ドア開成時には前記ドアスイッチの働きにより前記ＡＣ−ＤＣコンバータへの電力供給を遮断するため前記放射部は非充電部となる構成としたマイクロ波処理装置であり、特に、放射部をキャビティと絶縁して設けることにより、キャビティ全体が充電部となることがなくなり、絶縁構成が極めて簡単になる。
【００１３】
第３の発明は、特に、第２の発明のキャビティと放射部の絶縁部にチョーク部を設けることによって、キャビティ内からの漏洩電波を著しく低減することができＥＭＩ性能を飛躍的に改善することができる。
【００１４】
第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか一つの発明の放射部を用いて放射する構成を複数設けることによって、複数の放射部から放射される電波が相互に干渉しあって様々な定在波分布を得ることができ被加熱部の加熱具合を自在にコントロールできる。
【００１５】
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。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における全体の構成を示すシステムブロック図である。
【００１７】
図１においては商用電源１から機器に電力が伝えられる。ドアスイッチ２は商用電源１のホットラインとコールドラインの接点となり、被加熱物１３を収納するため開閉自在で且つ閉められた時にはマイクロ波をシールするドア９と連動し、ドア９が開成した時には接点オープンになり、閉成した時には接点がクローズする。４個のダイオードから商用電源１の正弦波電圧は全波整流器３によって単方向電源に変換される。降圧チョッパ４は後で詳細な動作を説明するが、この単方向電源を低電圧の直流電圧に変換する。ここの事例ではＶｄｄ、Ｖｃｃ、Ｖｓｓの３つの電位を創出する。ここで点線によって囲んだブロックは商用電源１を直流電圧に変換するＡＣ−ＤＣコンバータ５の機能をもつ。
【００１８】
発振器６は水晶発振器とＰＬＬにより源発振のマイクロ波信号をＶｃｃとＶｓｓから電力を受け創出する。また、増幅器７は発振器６の出力を同軸線８のＣＣ１を経由して受け、電力増幅し５３ｄＢｍ程度の電力で同軸線８のＣＣ２、ＣＣ３に分配し、５６ｄＢ程度の電力が放射部１２からキャビティ１０内に放射される。キャビティ１０は被加熱物１３を収納し、放射部１２から放射されたマイクロ波をキャビティ１０内に閉じ込める。放射部１２から発振されたマイクロ波は被加熱物１３に吸収され誘電加熱する。また、ドア９はこの図１では閉じられており、キャビティ１０の前面と当接してマイクロ波をキャビテ
ィ１０内に閉じ込め、マイクロ波の漏洩を防止している。ドア９のキャビティ１０との当接面は樹脂で構成されているためキャビティ１０とは絶縁されているが、内在する（図示せず）チョーク機構により当接面が電気的にインピーダンス無限大となっているため隙間からマイクロ波が漏洩することがない構成となっている。
【００１９】
ここで、同軸線８のＣＣ２、ＣＣ３はキャビティ１０を貫通している。図１０は同軸線８の断面図であるが、同軸線８は、金属の芯線２４の周りにはテフロン（登録商標）などで形成される誘電体２６と、それを円筒状に覆う金属の外覆２５で特性インピーダンスが５０Ωになるように構成されている。
【００２０】
図１に戻り、この同軸線８はキャビティ１０を貫通することでキャビティ１０と接触し同電位としている。ここでは外覆２５はＶｓｓに充電されており、芯線２４はＶｄｄに充電されている。キャビティ１０の周囲は金属のボディー１４で覆われており、アース電位になっている。そして、キャビティ１０はドア９が開成されている時、ドア９と連動して接点がクローズするドアスイッチ２の働きで、以降の回路に電力を伝送しているため商用電源電位に充電されている。
【００２１】
図６はＡＣ−ＤＣコンバータ５の詳細な回路図である。商用電源１はドアスイッチ２を経由して全波整流器３に入力され単方向電圧となり降圧チョッパ４に出力される。降圧チョッパ４に入力された単方向電圧は電解コンデンサＡ１７で直流化される。制御部２１によってＯＮ／ＯＦＦ駆動されるトランジスタ１９、エネルギーを蓄えるインダクタ２０、電流を整流するダイオード２３、負荷２２に出力される電圧を平滑する電解コンデンサＢ１８から構成されている。
【００２２】
では、図９の各部の電流・電圧波形を示す動作説明図を参照しつつ、降圧チョッパ４の機能を図７のトランジスタ１９がＯＮしている時の動作原理説明図を用いて動作説明する。
【００２３】
トランジスタ１９のＯＮ時（図９（ａ）のＡのタイミング）は太線矢印の経路で電流が流れる。インダクタ２０と負荷２２を経由して電流ＩＬ、Ｉｏｕｔは流れる。ここで図９（ｃ）のようにインダクタ２０にエネルギーが蓄えられＩＬが流れだす（図９（ｃ）のＢのタイミング）。インダクタ２０の特性により電流ＩＬはランプ波形状に単調増加する。ここで制御部２１からの制御信号でトランジスタ１９がＯＦＦする（図９（ａ）のＣのタイミング）。
【００２４】
さらに、図８のトランジスタ１９がＯＦＦしている時の動作原理説明図を用いて動作を説明する。
【００２５】
図９（ｃ）のＤのタイミングからインダクタ２０に流れる電流はランプ波形状に単調減少する。そしてその減少は制御部２１でトランジスタ２０をＯＦＦするタイミングまで続く（図９（ｃ）のＦのタイミング）。これを１サイクルとして以降この動作が繰り返される。Ｉｏｕｔは図９（ｃ）のように直流電流になる。このときの図７、図８における電圧Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔは図９（ｂ）のような関係になりＶｉｎはＶｏｕｔより小さくなる。図９（ａ）のデューティー比小さいとＶｏｕｔは小さくなり、デューティー比大きいとＶｏｕｔは大きくなる。制御部２１はＶｏｕｔを検出しデューティー比を制御し所望の降圧電圧をえる。
【００２６】
ここで、活電部であるキャビティ１０とユーザーが触れる可能性のあるボディー１４との間には、図１に示すように、絶縁スペーサａである１１ａ、絶縁スペーサｂである１１ｂ、絶縁スペーサｃである１１ｃ、絶縁スペーサｄである１１ｄが挿設されているため、
ＡＣ−ＤＣコンバータ５が非絶縁型であってもボディー１４はグランド電位に接地されているため感電することは一切ない安全性を備えている。
【００２７】
図２は本発明の実施の形態１のドア９が開成されているときのシステムブロック図であるが、ドア９と連動したドアスイッチ２の接点はオープンになっているため、以降の回路と商用電源１は完全に絶縁されているためキャビティ１０も電位的にはフローティングされ、当然、ボディー１４は接地電位になっており、このドア９開成の場合もキャビティ１０に人が触れたとしても感電する危険性はない安全な構成になっている。
【００２８】
なお、本実施の形態１で示す様に、放射部１２を複数（本実施の形態１では２個）設けることにより、各々の発振周波数や相互の位相差を変えることにより、キャビティ１０内の定在波分布を自在に可変できるため、集中加熱したり局所加熱したりということが自在に電波攪拌機構なしに実現できるため加熱性能は向上する。
【００２９】
（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態における全体の構成を示すシステムブロック図である。なお、前記実施の形態１と同一構成要素には同一符号を付与して説明を省略する。
【００３０】
図３はドア９が閉成されている常態である。マイクロ波はキャビティ１０内に放射され被加熱物１３は加熱されている。ここで、ドア９と連動したドアスイッチ２の接点はクローズ状態になっており、商用電源１から機器に電力が供給されている状態である。
【００３１】
ここで、キャビティ１０に穿った小孔１５を適度のクリアランスをもって同軸線８のＣＣ２とＣＣ３の芯線２４はキャビティ１０内の放射部１２に結合している。従って、キャビティ１０は活電部ではなく接地アースされている。このクリアランス部から少量のマイクロ波洩れが生じるが筐体が外装は金属のボディー１４で覆われているため、ユーザーが漏洩マイクロ波を暴露することはなく感電に対する安全性は担保されている。
【００３２】
図４はドア９が開成している場合の本発明の第２の実施の形態における全体の構成を示すシステムブロック図である。この場合もドア９が開いたときに人が触る可能性のある露出金属部であるキャビティ１０はアース接地されているため安全である。さらにここではドアスイッチ２の開放した接点の絶縁と、小孔１５のクリアランスの二重絶縁構造になっているため、さらに安全性は向上する。
【００３３】
また、大きな構造物であるキャビティ１０は活電部でないためキャビティ１０とボディー１４の間の機械室に存在する露出金属部は、絶縁を図るためにキャビティ１０から技術法規で定められている距離以上絶縁距離を取るという煩わしい設計制約はなくなり、機械室内部の各部品やリード線ハーネス等の設置及び配置やインシュロック等の結束固定部材は不必要となり、設計の自由度は大きくなり、設計効率や不要な部材の排除が可能になり、造り勝手の良いマイクロ波処理装置を提供することが出来る。
【００３４】
（実施の形態３）
図５は、本発明の第３の実施の形態における全体の構成を示すシステムブロック図である。なお、前記実施の形態１および実施の形態２と同一構成要素には同一符号を付与して説明を省略する。
【００３５】
図５は、ドア９が開かれている時を図示するものである。小孔１５とキャビティ１０の空隙は電界でスパークを起こしたり、作業性の障害になったりしない適度の小さい距離を確保している。しかしながら、マイクロ波の漏洩は僅かな量とはいえ洩れる構成になっている。ここではチョーク部１６をこの空隙に設けマイクロ波の漏洩を防止している。
【００３６】
図１１にマイクロ波の漏洩を阻止するチョーク部の部分構成図を示す。図１１中、点線で囲んだ部分がチョーク部１６である。小孔１５に同軸線８が挿入され、芯線２４はキャビティ１０の壁面からさらに突き出して、金属製のパッチアンテナ３１からなる放射部１２に接合されている。小孔１５のギャップから進入した電波はＢ部からチョーク２７に進入しＡ部でインピーダンスが零、Ｂ部でインピーダンスが無限大になり、チョーク２８方向へ透過する電波は大きく減衰する。さらにチョーク２８でチョーク２７と同様にさらに減衰し、トータルで−４０ｄＢ程度の減衰をするため、キャビティ１０の外に洩れる電波は技術法規のリミット値を下回る値になり、機械室への電波の洩れは殆ど零になる。チョーク部１６がない時は機械室内には微小な電波が存在しイミュニティーに劣る半導体ＩＣなどはＥＭＣでいう自家中毒によって誤動作する可能性があったが、このチョーク２７、２８、２９、３０の働きでその危険性も排除され信頼性の高いマイクロ波処理装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本発明にかかるマイクロ波処理装置は、非絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータを用いてトランスレスを実現しているためシステム全体が小型でシンプルになり物づくりも簡単化でき、経済性にも優れているため直流電源を用いてマイクロ波パワーアンプを駆動するマイクロ波処理装置全般に適用できる。
【符号の説明】
【００３８】
２  ドアスイッチ
５  ＡＣ−ＤＣコンバータ
６  発振器
７  増幅器
８  同軸線
９  ドア
１０  キャビティ
１２  放射部
１６  チョーク部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0005435000.tif 000013