(57)【要約】【課題】ノーマリーＯＦＦ型のＦＥＴをもった半導体発振型のマイクロ波処理装置でドアの開閉や電圧の動揺なのでも破壊しないでかつマイクロ波漏洩をおこさないようにした安全性および信頼性の高いたマイクロ波処理装置を提供する。【解決手段】ドアと連動して接点が開閉する第一のドアスイッチ２２をもうけることによってドアのオープンと供に瞬時に正極電圧を除去する構成とするためノーマリーＯＦＦ型ＦＥＴが破壊するモードであるドレイン電圧が印加された状態でバイアス電圧が低下もしくは零化してしまうという現象は回避することができる。また電解コンデンサ２９や放電抵抗２８を付加することによりその安全率は飛躍的に向上し電源電圧の入り切りや動揺等で機器が破壊しないで、かつ電波漏洩を抑止する信頼性が高く安全性に優れたマイクロ波処理装置を提供するものである。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を収容する加熱室と、前記加熱室から機外へ電波の漏洩を遮断する開閉自在のドアと、マイクロ波の基準信号を作成する発振部と、前記発振部の出力を受け半導体素子を用いた複数段のアンプでかつ少なくとも複数段のアンプの最終段はノーマリーＯＮ型のＦＥＴを用いた半導体で構成された電力増幅を行うパワーユニットと、前記パワーユニットから出力されるマイクロ波電力を放射するアンテナと、商用電源をＡＣ−ＤＣ変換し前記パワーユニットのドレイン又はコレクタに印加される正極電圧を作成する正極電圧供給部と、エミッタ又はソースに印加される負極電圧を作成する負極電圧供給部と、前記ベース又はゲートに印加されるバイアス電圧を作成するバイアス電圧供給部を具備した電源部と、ドアの閉成と連動して閉成する機械的接点を有する第一のドアスイッチとを備え、前記第一のドアスイッチの閉成により前記パワーユニットの前記正極電圧供給部からドレイン又はコレクタに正極電圧を供給する構成としたマイクロ波処理装置。
【請求項２】
ドアが閉じられるとき閉成しドアが開かれたとき開成する第二のドアスイッチを設け電源部への電力供給を制御する構成とした請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項３】
第一のドアスイッチの接点と直列に接続されるノーマリーオープンの接点をもつリレーと、商用電源の印加の有無を検出可能なメイン制御部とを備え、リレーはメイン制御部からの指令信号によって電源部への商用電源断後に開成する構成とし、商用電源印加時にはバイアス電圧供給部の電圧が確立するまで十分遅延時間を有した後にリレーに閉成信号を出力しバイアス電圧がノーマリーＯＮ型のＦＥＴのゲートのスレッショルドを超えアクティブ状態になった後に正極電圧が印加される構成とした請求項１または２に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項４】
バイアス電圧供給部と負極電圧供給部との間に商用電源断時の電圧下降時定数が緩やかになるような容量性インピーダンスを備え、商用電源断時にノーマリーＯＮ型のＦＥＴのゲートのバイアス電圧が長時間ノーマリーＯＮ型のＦＥＴのゲートのスレッショルド電圧を超える構成とした請求項３に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項５】
正極電圧供給部と負極電圧供給部との間に放電抵抗を備え、ノーマリーＯＮ型のＦＥＴのゲート電圧がスレッショルドを下回る前に商用電源断時後の正極電圧が速やかに零化しノーマリーＯＮ型のＦＥＴの破壊モードを回避する構成とした請求項３に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項６】
商用電源の後に配した電流ヒューズと、第二のドアスイッチの後に配したドア開時に閉成するドアと連動した第三のドアスイッチを備え、万一第二のドアスイッチが溶着したとき第三のドアスイッチを通じた閉回路が形成され瞬時に電流ヒューズを溶断する構成とした請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発生部を備えたマイクロ波処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のマイクロ波処理装置は、一般には電子レンジに代表されるようにマイクロ波発生手段にマグネトロンと称される真空管を用いているものが一般的である。
【０００３】
近年、このマグネトロンに代えて、窒化ガリウム（ＧａＮ）などの半導体素子を用いた高周波加熱装置の開発が進められている。マイクロ波は電子レンジに係わらず誘電加熱を応用する機器に展開可能である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ＧａＮを用いたときの効果としては、小型、軽量かつ容易に周波数や位相を可変することができることである。
【０００５】
一方、従来マグネトロンや、それを付勢する電源に関しては容積が大きく、重量が重いため、マイクロ波を主熱源あるいは補助熱源として利用するアイデアは多く存在するが実用には至っていなかった。特許文献１ではマイクロ波漏洩に対する安全性としての扉体開閉に連動して漏洩電波を停止する安全装置に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１−１２３９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来技術の構成では、扉体と連動してマイクロ波発生手段への商用電源の供給を停止する安全スイッチを二重に設けることにより、扉体の開放にともなう漏洩電波を阻止し安全性の担保を図ろうとするものであったが、ＧａＮを用いた固体発振装置の場合ノーマリーＯＮ型ＦＥＴ（外部から制御信号が入っていない状態でトラジスタ動作する）を用いることが一般的で電源供給を一斉遮断してしまうと、トランジスタが破壊してしまうという課題があった。
【０００８】
例えば、ノーマリーＯＮのＧａＮトラジスタであれば、ドレイン−ソース間に電圧が印加された状態でゲートバイアス電圧を除去してしまうと、トランジスタ内部でショート回路が形成され短絡破壊してしまう。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、扉体と連動した機械的接点を有し、ノーマリーＯＮのトランジスタを有するマイクロ波処理装置においても、トランジスタを破壊しない信頼性が高く安全性に優れたマイクロ波処理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】
【００１０】
上記従来の課題を解決するために、本発明に係わるマイクロ波処理装置は、加熱室と、加熱室に被加熱物を収納自在とし閉時にはマイクロ波の漏洩を阻止するドアと、商用電源をＡＣ−ＤＣ変換し正極電圧供給部と負極電圧供給部とバイアス電圧供給部に所望の電圧を供給する電源部と、パワーユニットへの電源部からの電力供給はドアの閉時と連動して閉成する第一のドアスイッチを介して所望の電圧を正極電圧供給部から供給するもので、
翻ってドア開時（ドアが開かれた時）は第一のドアスイッチの開成によって瞬時に正極電圧供給部からの正極電圧印加を除去するものである。また、バイアス電圧供給部からのバイアス電圧供給はドアの開閉と非連動で常に供給されている。
【００１１】
上記構成により、パワーユニットのノーマリーＯＮ型のトランジスタはドア開と連動して第一のドアスイッチが開成し電圧が除去されかつバイアス電圧印加は維持されるためトランジスタの破壊を生じることなくマイクロ波処理装置のマイクロ波発振を停止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のマイクロ波処理装置は、ノーマリーＯＮ型のトランジスタを用いたパワーユニットにおいても、ドアと連動した機械的接点を持つドアスイッチで電力供給を瞬時に停止し、ドアが開放されてもトランジスタが破壊することなくマイクロ波漏洩が発生しない、安全でかつ信頼性の高いマイクロ波処理装置を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のマイクロ波処理装置の斜視図
【図２】本発明のマイクロ波処理装置の要部断面図
【図３】本発明のパワーユニットのブロック構成図
【図４】本発明のマイクロ波処理装置の電気回路の全体構成を示すブロック構成図
【図５】本発明の各部電圧の各部電圧の挙動を示すタイミングチャート
【図６】本発明の容量性インピーダンスを付加したときの各部電圧の各部電圧の挙動を示すタイミングチャート
【図７】本発明の放電抵抗を付加したときの各部電圧の各部電圧の挙動を示すタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【００１４】
第１の発明は、被加熱物を収容する加熱室と、前記加熱室から機外へ電波の漏洩を遮断する開閉自在のドアと、マイクロ波の基準信号を作成する発振部と、前記発振部の出力を受け半導体素子を用いた複数段のアンプでかつ少なくとも複数段のアンプの最終段はノーマリーＯＮ型のＦＥＴを用いた半導体で構成された電力増幅を行うパワーユニットと、パワーユニットから出力されるマイクロ波電力を放射するアンテナと、パワーユニットのドレイン又はコレクタに印加される正極電圧と、エミッタ又はソースに印加される負極電圧と、ベース又はゲートに印加されるバイアス電圧を作成する電源部とからなり、第一のドアスイッチの閉成によりパワーユニットの前記正極電圧供給部からドレイン又はコレクタに正極電圧を供給する構成とするものである。
【００１５】
これにより、ノーマリーＯＮ型のＦＥＴはゲート電圧がかかっていない時にドレイン電圧が印加され短絡電流が流れ破壊するという破壊モードを回避することができる。このことにより、電源部からパワーユニットへのバイアス電圧が供給された状態で正極電圧供給部からドレイン又はコレクタに正極電圧がパワーユニットに供給されるため安全にマイクロ波発生が可能な状態とすることができる。
【００１６】
また、ドアが開かれた時、第一のドアスイッチの開成により電源部の正極電圧供給部からドレイン又はコレクタに正極電圧の供給が瞬時に遮断されるが、バイアス電圧は供給され続けるためノーマリーＯＮ型のＦＥＴを有していても動作中のドア開によって半導体が破壊されることはなく高い安全性と信頼性を有するマイクロ波処理装置を提供することができる。
【００１７】
第２の発明は、ドアが閉じられるとき閉成する第二のドアスイッチを設け電源部への電
力供給を行う構成としたものである。
【００１８】
これにより、第一のドアスイッチが溶着しても第二のドアスイッチが正常に作動する二重の安全機構構成を有することになり安全で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。
【００１９】
第３の発明は、第一のドアスイッチの接点と直列に接続されるノーマリーオープンの接点をもつリレーと、商用電源の印加の有無を検出可能なメイン制御部とを備えたものである。
【００２０】
これにより、リレーはメイン制御部からの指令信号によって電源部への商用電源断後に開成する構成とし、商用電源印加直後からはバイアス電圧供給部の電圧が確立するまで十分遅延時間を有した後にリレーに閉成信号を出力し半導体のバイアス電圧がスレッショルドを超えアクティブ状態になった後に正極電圧が印加される構成とすることからノーマリーＯＮ型のＦＥＴはゲート電圧がかかっていない時にドレイン電圧が印加され短絡電流が流れ破壊するという破壊モードを回避することができる。その結果、機器の破壊が発生しない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。
【００２１】
第４の発明は、バイアス電圧供給部と負極電圧供給部との間に商用電源断時の電圧下降時定数が緩やかになるような容量性インピーダンスを備えものである。
【００２２】
これにより、商用電源断時にノーマリーＯＮ型のＦＥＴのゲートのバイアス電圧が長時間ゲートのスレッショルド電圧を超える状態が維持されるため、ドレイン電圧が印加された状態でバイアス電圧が低下してしまいノーマリーＯＮ型のＦＥＴの破壊モードを回避することができ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。
【００２３】
第５の発明は、正極電圧供給部と負極電圧供給部との間に放電抵抗を備えるものである。商用電源断時後、ノーマリーＯＮ型のＦＥＴのゲート電圧がスレッショルドを下回る前に正極電圧を成立させる充電電荷が速やかに零電圧となるため、ノーマリーＯＮ型のＦＥＴの破壊モードを回避する信頼性の高いマイクロ波処理装置を提供するものである。
【００２４】
第６の発明は、商用電源の後に配した電流ヒューズと、第二のドアスイッチの後に配したドア開時に閉成するドアと連動した第三のドアスイッチとからなる。
【００２５】
これにより、万一第二のドアスイッチが溶着したとき第三のドアスイッチを通じた閉回路が形成され瞬時に電流ヒューズを溶断し機器の動作を停止させるためドアのオープンによってユーザーがマイクロ波を暴露するという危険な状況を一切生じさせない安全性の高いマイクロ波処理装置を提供することができる。
【００２６】
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。
【００２７】
（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マイクロ波処理装置の概観斜視図である。ドア１は被加熱物１０を収納する。ヒンジ７はドア１を支え、ヒンジ取付け穴Ａ８を通して筐体内部に出入り可能となっており終端は筐体に固定された螺旋バネ（図示していない）に取り付けられており、取付け穴Ｂ９を通してドア１に係合されている。
【００２８】
このような構成によって、ドア１が閉まりかけるとバネの弾性により強制的にドア１は閉じる。
【００２９】
載置板３は被加熱物１０を載置するためのもので、マイクロ波を透過させ自己の誘電損失も少ない材料が選定されている。金属性のオーブン５は被加熱物１０を収納するためのもので、ボディー２は筐体全体を覆う。
【００３０】
ドア１が閉められると、ドア１の表面に突起状に形成したプッシュ突起物４がスイッチ穴６を通して機械室内部のマイクロスイッチを押し、ドア１が閉められたことを検知する構成となっている。
【００３１】
なお、以下の記述は、マイクロ波処理装置の事例として電子レンジを用いたものであるが、電子レンジに限定するものでないことは言うまでもない。
【００３２】
図２は、マイクロ波処理装置の要部断面図である。マイクロ波はオーブン５内にアンテナ１１を介して照射され、内部の載置板３の上に載せられた被加熱物１０を誘電加熱する。当然、外部にマイクロ波が漏洩しないようにドア１で密閉する。マイクロ波発生源の中核をなすものはパワーユニット１２であり、ここで２．４５ＧＨｚの大電力のマイクロ波が創出され、アンテナ１１介してオーブン５の内部に放射される。
【００３３】
マイクロ波発生手段は、一般的に２極自励発振管であるマグネトロンが最もポピュラーなデバイスであるが、本発明では半導体による固体発振を使用している。
【００３４】
図３は、パワーユニット１２の内部構成を示すブロック構成図である。アンプ段は、初段パワーアンプ２５と中段パワーアンプ２６と最終段パワーアンプ２７とで構成されている。アンプの増幅には高周波で大電力を扱え、かつ高効率の化合物半導体であるＧａＮ（窒化ガリウム）を用いたノーマリーＯＮ（操作信号をいれないとき導通する型のトランジスタ）のＦＥＴが用いられている。
【００３５】
Ｖｇｂは、ゲートバイアスで約−５Ｖのバイアス電圧を印加してＯＦＦになる。一方、信号は無い場合ＯＮとなる。Ｖｄｄはドレイン電圧、ソースは負電圧（ＧＮＤ）になっている。
【００３６】
このアンプ段は、微弱な電力の信号を作る発振器部２１から０ｄＢｍ信号をパワーユニット１２に創出し、約５３ｄＢｍの電力を得ている。そのマイクロ波はアンテナ１１でオーブン庫内に照射される。
【００３７】
ここで、ＧａＮのＦＥＴの特徴としてはＶｄｄに電圧が印加された状態で、Ｖｇｂがスレッショルド以下にして非アクティブにすると半導体内部で短絡状態が生じ破壊に至ってしまうという特性をもっている。
【００３８】
図４を用いて本発明の制御回路全体の動作を説明する。電流ヒューズ１３は、商用電源１６に直接接続される。マイクロスイッチである第二のドアスイッチ１４はドア１と連動して接点が開閉する。第三のドアスイッチ１５はドア１と連動して接点が開閉する。
【００３９】
ここで、第二のドアスイッチ１４が万一溶着したとき、商用電源１６→電流ヒューズ１３→第二のドアスイッチ１４→第三のドアスイッチ１５→商用電源１６のショートサーキットで電流ヒューズ１３を短絡電流によって溶断させ後段への電力供給を停止させる安全回路を構成している。
【００４０】
ドア１との連動性について述べておくと、第二のドアスイッチ１４はドア１がオープンの場合開成し、ドア１がクローズの場合閉成する。第三のドアスイッチ１５は２接点をも
ちドア１がオープンの場合後段に電力を送るべく閉成し、ドア１がクローズの場合前述したショートサーキットを形成する方向に閉成する。
【００４１】
これによって、ドア１と連動して接点が開閉するスイッチと、それを監視し溶着した場合ショートサーキットを形成して電流ヒューズ１３を溶断して入力を遮断するスイッチの二重の安全回路を形成している。
【００４２】
電源部１７は、絶縁トランスを有するＤＣ−ＤＣコンバータ３０と正極電圧供給部１８とバイアス電圧供給部２０とＧＮＤたる負極電圧供給部１９、正極電圧供給部１８と負極電圧供給部１９の間に設けられた放電抵抗２８、バイアス電圧供給部２０と負極電圧供給部１９の間に設けられた容量性インピーダンスである電解コンデンサ２９からなる。
【００４３】
負極電圧供給部１９の負極電圧とバイアス電圧供給部２０のバイアス電圧Ｖｇｂとは、直接パワーユニット１２に供給される。一方、正極電圧供給部１８の正極電圧Ｖｄｄは、ドア１と連動して接点が開閉する第一のドアスイッチ２２とリレー２３を通じてパワーユニット１２に供給される。ここで、第一のドアスイッチ２２は、ドア１がオープンの時接点が開成しドア２がクローズの時接点が閉成する構成となっている。
【００４４】
リレー２３は、機器全体をコントロールするメイン制御部２４によって開閉が制御される。ドアがクローズの時、後述する意図的なタイミングでリレーコイルに閉成の信号を送信し第一のドアスイッチ２２、リレー２３を通じてパワーユニット１２にＶｄｄ電圧を供給する。そうすることによってパワーユニット１２は作動し発振部２１の信号は電力増幅されアンテナ１１からマイクロ波が照射される。
【００４５】
このような構成にすることによって、ドア１と連動して接点が開閉する２つのスイッチ（第一のドアスイッチ２２と第二のドアスイッチ１４の二重の発振停止装置を有することになる）で、二重にドア１のオープン時のマイクロ波漏洩によるユーザーへの人体暴露を厳重に回避する構成を実現している。
【００４６】
それでは、図５を用いて各部の電圧波形の商用電源が途中で欠落した時のタイミングチャートを示し、本発明の制御シーケンスを説明する。
【００４７】
この場合は、電解コンデンサ２９と放電抵抗２８がないケースである。図５（イ）は商用電源のエンベロープ波形、図５（ロ）はリレーのコイル電圧、図５（ハ）はバイアス電圧、図５（ニ）は正極電圧である。
【００４８】
このケースでは、（ａ）点で電源コンセントが抜かれることが生じたと仮定して電圧が消失している。（ｄ）点では一旦消滅した電圧が再発生したことを示している。（ａ）点から制御回路の各部の電圧がある下降時定数をもって下降している。
【００４９】
図５（ロ）のリレーコイル電圧は下降を続け（ｂ）点で接点維持ができる限界の閾値電圧Ｖｔｈ（ＲＬＹ）に達するとリレー２３の接点が開成し、正極電圧のパワーユニット１２への印加が消滅する。
【００５０】
（ｂ）点から（ｃ）点ではバイアス電圧がＦＥＴの閾値電圧に達していないのでゲート電圧はＯＮの状態で、このときにＦＥＴ半導体は正常に動作している。（ｃ）点に達して初めてＦＥＴのスレッショルド電圧Ｖｔｈ（ＡＭＰ）となるが、その時点では正極電圧の印加はないので破壊は生じない。
【００５１】
また（ｄ）点で商用電源電圧が復帰すると今度は制御回路の各部電圧は各々の上昇時定
数で上昇を始める。リレーコイル電圧の印加開始はメイン制御部２４の電源電圧検知機能（詳細は図示せず）で商用電源が再印加される時点から一定の遅延時間をもって始まる。
【００５２】
まず、バイアス電圧がスレッショルド電圧に達しＦＥＴはアクティブな状態になる。しかし、この時点ではリレー２９はＯＮしていないので接点は開成しておりゲート電圧に正極電圧が印加されていない状態なのでＦＥＴは破壊しない。
【００５３】
（ｆ）点で電圧がＶｔｈ（ＲＬＹ）に達し始めて、パワーユニット１２に正極電圧は印加されるが、その時点では既に（ｅ）点でバイアス電圧は確立しているためＦＥＴが破壊することはない。
【００５４】
以上のように、ドアの短時間の開け閉めや瞬時電圧低下などの過渡的な現象が発生してもＦＥＴは破壊することはない。
【００５５】
次に、バイアス電圧供給部２０と負極電圧供給部１９の間に電解コンデンサ２９を付加した状態について図６を用いて説明する。この場合も、シーケンス的には図５で示したものと同じであるが、バイアス電圧の下降時定数が大きいためＶｔｈ（ＡＭＰ）に達することがなく、負極電圧は常時ＦＥＴをアクティブにする状態が続き、正極電圧がどのような状態になってもＦＥＴは破壊することはないため安全性はさらに高まる。
【００５６】
次に、正極電圧供給部１８と負極電圧供給部１９の間に放電抵抗２８を付加した状態について図７を用いて説明する。このケースもシーケンス的には図５で示したものと同じであるが、正極電圧の電圧下降時定数が小さくなり、（ａ）点で正極電圧は零になって正極電圧はパワーユニット１２に印加されないため図５に比べて一層ＦＥＴが破壊しにくい方向に推移に推移しており、より一層安全性は確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上のように、本発明にかかるマイクロ波処理装置は、ドアの開閉に連動して二重発振停止装置を有し、マイクロ波の人体暴露を完全に阻止するとともに必ず正極電圧が印加されている時にはバイアス電圧はスレショルド電圧以上となっているため、半導体素子の破壊は生じない厳重な構成となっている。
【００５８】
本発明は、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。
【符号の説明】
【００５９】
１２  パワーユニット
１６  商用電源
１７  電源部
１８  正極電圧供給部
１９  負極電圧供給部
２０  バイアス電圧供給部
２１  発振部
２２  第一のドアスイッチ
【図１】
2011146143.tif 000003
【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】
2011146143.tif 000009