(57)【要約】【課題】過酷で想定できないような状況で使われた時の、高圧ダイオードの温度破壊故障を防止する。【解決手段】温度上昇を検知する温度スイッチ１９８をスタックされたダイオード群１９１と同一のパッケージ内にモールドした構造としてあり、直接高圧ダイオード１９１の温度上昇を検出できるので、より正確にかつ安全に検出し、高圧ダイオード１９１の温度上昇による破壊をより確実に防止することができる。【選択図】図１
2007280628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を整流するとともに高周波化するインバータ部と、前記インバータ部により出力される高周波電力を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの出力を高圧直流電圧に変換する高圧ダイオードを含む高圧回路と、前記高圧直流電圧を受けてマイクロ波を放射するマグネトロンと、前記マグネトロンのアノード電流が流れる前記高圧ダイオードと一体に樹脂モールドされかつ電気的に接続され、当該アノード電流の大きさと相関関係を持ち設定された値以上になると電流経路を遮断する制御素子を有するとともに、該制御素子による変化を検出し前記高周波出力を停止させる制御部を備えた高周波加熱装置。
【請求項２】
電流経路を遮断する制御素子はマグネトロンのアノード電流が流れる高圧ダイオードと一体に樹脂モールドされかつ電気的に直接接続した請求項１記載の高周波加熱装置。
【請求項３】
高圧ダイオードと一体に樹脂モールドされかつ電気的に直接接続される制御素子は温度スイッチとし、アノード電流により温度上昇し該温度スイッチが設定された値以上になると電流経路を遮断するとともに、前記温度スイッチによる電流経路遮断を検出し高周波出力を停止させる制御部を備えた請求項１または２記載の高周波加熱装置。
【請求項４】
高圧ダイオードと一体に樹脂モールドされかつ電気的に直接接続される制御素子は電流検出素子とし、アノード電流が設定された値以上になると電流値を著しく急変させるとともに、該急変を検出し高周波出力を停止させる制御部を備えた請求項１または２記載の高周波加熱装置。
【請求項５】
マグネトロンのアノード電流が流れる高圧ダイオードと一体に樹脂モールドされかつ電気的に並列接続された温度スイッチを有し、該温度スイッチは当該樹脂モールドの温度と相関関係を持ち温度が一定値以下である通常時は前記温度スイッチは開放状態となり当該樹脂モールドの温度が設定された値以上になると短絡状態となるとともに、前記温度スイッチによる変化を検出し高周波出力を停止させる制御部を備えた請求項１記載の高周波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子レンジ等のようにマグネトロンを用いた装置を保護し故障の防止にる発明に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種高周波加熱装置を保護し故障の防止を図る技術として特許文献１に示すようなものがある。図６はこの特許文献１に示される従来の高周波加熱装置の回路図である。図において、商用電源１１の交流電源は、交流波形を全波整流するダイオードブリッジ１３と、チョークコイル１４及び平滑コンデンサ１５で構成されたローパスフィルターからなる整流フィルター部１０１によって単方向電源に波形整形される。さらに、単方向電源は、共振コンデンサ１６とトランス１８のインダクタ成分でタンク回路を構成した共振回路と、それに直列接続されたパワートランジスタ等のスイッチング素子(以下ＩＧＢＴと称す)１７で構成するインバータ部１０２によって２０〜５０ＫＨｚの高周波電力に変換される。この昇圧トランス１８の１次側に発生する高周波電力は昇圧トランス１８で昇圧されて、２次側に高圧の高周波電力が発生する。昇圧トランス１８の２次側に接続された回路は、高圧コンデンサ１９３，１９４と高圧ダイオード１９１,1９２からなる倍電圧全波整流方式の高圧回路１９で、マグネトロン１２のアノード、カソード間に高圧直流電圧（例えば、４ＫＶ）が印加される。また、昇圧トランス１８のもう一方の２次巻線１８２からマグネトロン１２のヒータ１２１に電力が供給されカソードが加熱されて電子がアノードに到達することによって、マイクロ波エネルギーが加熱室内の被加熱物に照射される。
【０００３】
また、インバータ制御回路２９が、スイッチング素子１７のオン／オフをさせることにより、２次側への電力供給をコントロールして、マグネトロンのマイクロ波出力の強弱をコントロールしている。またインバータ制御回路２９はコネクタ２６を通して高周波加熱装置制御部の指令にもとづきインバータを制御する。
【特許文献１】特開平１０−１７２７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような高周波加熱装置は被加熱物を加熱室内に入れない、または軽負荷の状態で運転すると、マイクロ波のはね返りによって図６マグネトロン１２のアノード電流が増大し、マグネトロン１２や高圧ダイオード１９１，1９２が通常より大きく温度上昇してしまう。よって家具の中の上下左右奥の５面にくっつけて置いたりして高周波加熱装置の給排気口が塞がれてしまうといった非常に悪い設置条件時や、あるいは高周波加熱装置の冷却ファンのモータコイル部が断線して冷却ファンが動作不能となるといったトラブル発生時、しばしば高圧ダイオード１９１,1９２やマグネトロン１２が温度破壊してしまう事がある。
【０００５】
このような時において、これらの部品の熱破壊を防ぐ方法として、従来より、マグネトロン１２に貼り付けて取り付けるサーミスタや温度スイッチまたは高圧ダイオード１９１，1９２やマグネトロン１２の温度上昇に相関があるＩＧＢＴの近傍に載置しＩＧＢＴ１７の温度上昇を検知できるようにしているチップサーミスタを用いて、これら高圧ダイオード１９１,1９２やマグネトロン１２の熱破壊前に停止させて温度上昇を防ぐことが提案されていた。
【０００６】
このサーミスタを取り付けて温度を検出する方法としては、まずメガネ端子付きのサーミスタリードセンＵにてパッケージと共締めする方法があった。しかし、このパッケージ
部への共締め方法は人による作業でしか実現できないので工数が増え、したがってコスト高となった。また、サーミスタを放熱フィンに別途ビス締めして放熱フィンより検出する方法もあるが、工数増は否めないものであった。
【０００７】
また、マグネトロン１２にとりつけたサーミスタを用いて高圧ダイオード１９１,1９２やマグネトロン１２の熱破壊前に停止させる方法や、ＩＧＢＴ１７の近傍に載置したチップサーミスタを用いてこれら高圧ダイオード１９１,1９２やマグネトロン１２が熱破壊する前に停止させる方法もあるが、これらはいずれも高圧ダイオード１９１，1９２については検出温度が直接の温度ではなくマグネトロン１２やＩＧＢＴ１７の近傍の温度であるため温度検出精度および感度が共に悪いという欠点があった。
【０００８】
特に直接高圧ダイオードそのものの温度検出ではなく近傍に設置されたサーミスタによる相対予想温度による検出であったり、ＩＧＢＴ近傍・マグネトロン近傍に取り付けたサーミスタによるこれも相関温度によるいわゆる一種の予想検出であるため、高周波加熱装置の雰囲気温度の影響や初期使用時か連続使用時かの条件違いによって上述の相関関係は大きくくるってしまい、温度の予想検出の精度は非常に悪いという欠点があった。
【０００９】
図７（ａ）は温度検出手段としてのサーミスタを放熱フィンにビス締めした状態を示す図である。図において、６はプリント基板、７は放熱フィン、１７はＩＧＢＴ、９はサーミスタである。
【００１０】
高熱を発するＩＧＢＴ８の放熱部は放熱フィン７に固定されて、その３本の脚がプリント基板のスルーホールに挿入され反対側において半田づけされている。サーミスタ９は同じく放熱フィン７にビス締めされて、その放熱フィンの温度情報を取り出している。
【００１１】
ところがこのような放熱フィンへのビス締め方法にも、同じく工数が増し、コスト高となり、しかも検出温度が高圧ダイオードの直接の温度ではなくＩＧＢＴを取り付けた放熱フィンの温度であるため高圧ダイオードとＩＧＢＴの温度上昇はある程度互いに相関性があるものの温度検出精度および感度が共に悪いという欠点があった。
【００１２】
さらに、ラジアルサーミスタをプリント基板のＩＧＢＴ８の近傍に取り付ける方法等があった。図７（ｂ）はその取り付け法を示す図である。
【００１３】
図において、６はプリント基板、７は放熱フィン、１７はＩＧＢＴ、９はサーミスタである。この方法はプリント基板の近傍に後付けとなり、手で取り付けていたので工数が増し、また冷却風の影響を直に受けるのでサーミスタの熱時定数が悪くなるという欠点があった。またこれについても検出温度が高圧ダイオードの直接の温度ではなくＩＧＢＴを取り付けた放熱フィンの温度であるため、高圧ダイオードとＩＧＢＴの温度上昇はある程度互いに相関性があるものの温度検出精度および感度が共に悪いという欠点があった。
【００１４】
さらに、サーミスタ９をＩＧＢＴ１７の脚部近傍Ａに取り付けることも行われていたが、これにも同じくプリント基板の近傍に後付けとなり、手で取り付けていたので工数が増し、また冷却風の影響を直に受けるのでサーミスタの熱時定数が悪くなるという欠点があった。またこれについても検出温度が高圧ダイオードの直接の温度ではなくＩＧＢＴを取り付けた放熱フィンの温度であるため、高圧ダイオードとＩＧＢＴの温度上昇はある程度互いに相関性があるものの温度検出精度および感度が共に悪いという欠点があった。
【００１５】
いずれにせよ高圧ダイオードについては検出温度が直接の温度ではなくＩＧＢＴやマグネトロンの温度であるため、温度検出精度および感度が共に悪いという欠点があった。また前述のように加熱物を加熱室内に入れない、または軽負荷の状態で運転した時、マグネ
トロンや高圧ダイオードの温度上昇値が他の構成部品の温度上昇値より大きくなり、温度上昇検知が部品破壊防止に間にあわないという欠点もあった。
【００１６】
ちなみに高圧ダイオードは図８に示すように中程度の耐圧性能を持ったダイオードを直列に何重かに、すなわち所定の高耐圧性能が確保できるだけ重ね合わせ、樹脂でモールドしたような構造になっており、中程度の耐圧性能を有したそれぞれのダイオード素子１９１（１９２）-1〜８をはんだ１９５（１９６）−１〜７でサンドイッチし電気的に接続している。この高圧ダイオードが破壊する時は各素子に大電流が流れ始め温度上昇し、各素子間をサンドイッチしているはんだが溶け出し全体が図９に示すように導通するような壊れ方になる。
【００１７】
本発明はこれらの課題を解決するもので、高圧ダイオードの温度上昇をより正確に検出し高圧ダイオードの温度上昇による破壊をより確実に防止できるようにすることを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は上記課題を解決するため、交流電源を整流するとともに高周波化するインバータ部と、前記インバータ部により出力される高周波電力を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの出力を高圧直流電圧に変換する高圧ダイオードを含む高圧回路と、前記高圧直流電圧を受けてマイクロ波を放射するマグネトロンと、前記マグネトロンのアノード電流が流れる前記高圧ダイオードと一体に樹脂モールドされかつ電気的に接続され、当該アノード電流の大きさと相関関係を持ち設定された値以上になると電流経路を遮断する制御素子を有するとともに、該制御素子による変化を検出し前記高周波出力を停止させる制御部を備えた構成としてある。
【００１９】
このように高圧ダイオードと制御素子とを一体化しているので高圧ダイオードの状態変化、例えば温度を直接検知することになるので温度上昇をより正確にかつ安全に検出し高圧ダイオードの温度上昇による破壊をより確実に防止することが可能になるとともに高圧ダイオードと制御素子を別々に取り付ける必要がなくなって取り付け工数の削減も可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
以上の発明によれば、生産工数が少なく、高圧ダイオードの温度上昇をより正確にかつ安全に検出し高圧ダイオードの温度上昇による破壊をより確実に防止する高周波加熱装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
第１の発明は、交流電源を整流するとともに高周波化するインバータ部と、前記インバータ部により出力される高周波電力を昇圧する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの出力を高圧直流電圧に変換する高圧ダイオードを含む高圧回路と、前記高圧直流電圧を受けてマイクロ波を放射するマグネトロンと、前記マグネトロンのアノード電流が流れる前記高圧ダイオードと一体に樹脂モールドされかつ電気的に接続され、当該アノード電流の大きさと相関関係を持ち設定された値以上になると電流経路を遮断する制御素子を有するとともに、該制御素子による変化を検出し前記高周波出力を停止させる制御部を備えた構成としてある。
【００２２】
このように高圧ダイオードと制御素子とを一体化しているので高圧ダイオードの状態変化、例えば温度を直接検知することになるので温度上昇をより正確にかつ安全に検出し高圧ダイオードの温度上昇による破壊をより確実に防止することが可能になるとともに高圧ダイオードと制御素子を別々に取り付ける必要がなくなって取り付け工数の削減も可能と
なる。
【００２３】
第２の発明は、電流経路を遮断する制御素子はマグネトロンのアノード電流が流れる高圧ダイオードと一体に樹脂モールドされかつ電気的に直接接続される構成としてある。
【００２４】
また、第３の発明は、高圧ダイオードと一体に樹脂モールドされかつ電気的に直接接続される制御素子は温度スイッチとし、アノード電流により温度上昇し該温度スイッチが設定された値以上になると電流経路を遮断するとともに、前記温度スイッチによる電流経路遮断を検出し高周波出力を停止させる制御部を備えた構成としてある。
【００２５】
第４の発明は、高圧ダイオードと一体に樹脂モールドされかつ電気的に直接接続される制御素子は電流検出素子とし、アノード電流が設定された値以上になると電流値を著しく急変させるとともに、該急変を検出し高周波出力を停止させる制御部を備えた構成としてある。
【００２６】
第５の発明は、マグネトロンのアノード電流が流れる高圧ダイオードと一体に樹脂モールドされかつ電気的に並列接続された温度スイッチを有し、該温度スイッチは当該樹脂モールドの温度と相関関係を持ち温度が一定値以下である通常時は前記温度スイッチは開放状態となり当該樹脂モールドの温度が設定された値以上になると短絡状態となるとともに、前記温度スイッチによる変化を検出し前記高周波出力を停止させる制御部を備えた構成としてある。
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照に詳細に説明する。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。
【００２８】
図１は本発明に係るマグネトロン駆動電源の回路図である。図において、商用電源１１からの交流は整流回路１３によって直流に整流され、整流回路１３の出力側のチョークコイル１４と平滑コンデンサ１５で平滑され、インバータ回路１０２の入力側に与えられる。直流はインバータ回路１０２の中の半導体スイッチング素子ＩＧＢＴ１７のオン・オフにより所望の高周波（２０〜５０ｋＨｚ）に変換される。インバータ回路１０２は、直流を高速でスイッチングするＩＧＢＴ１７とこのＩＧＢＴ１７を制御するインバータ制御回路２９によって駆動され、昇圧トランス１８の１次側を流れる電流が高速でオン／オフにスイッチングされる。
【００２９】
昇圧トランス１８では１次巻線１８１にインバータ回路１０２の出力である高周波電圧が加えられ、２次巻線１８３に巻線比に応じた高圧電圧が得られる。また、昇圧トランス１８の２次側に巻回数の少ない巻線１８２が設けられマグネトロン１２のフィラメント１２１の加熱用に用いられている。昇圧トランス１８の２次巻線１８３はその出力を整流する倍電圧全波整流回路１９を備えている。倍電圧全波整流回路１９は高圧コンデンサ１９３、１９４及び２個の高圧ダイオード１９１,1９２により構成される。
【００３０】
本発明によると、第２図のように高圧ダイオード１９１，１９２の内部はいくつかのダイオード（１９１（１９２）−１〜８）が直列に重ねられてはんだ（１９５（１９６）−１〜７）接続されている。すなわち７．５ｋVの高圧に耐えられるよう複数のダイオードがスタックされて（積み重ねられて）いるのでスタックダイオードともよばれているが、そのカソード側に温度スイッチ１９８（１９９）が直列でこれもはんだ１９５（１９６）−８をサンドイッチした構成で電気的にはんだ接続されている。これらスタックされたダイオード１９１（１９２）と温度スイッチ１９８（１９９）が一体で樹脂にモールドされており外部回路または構造物と電気的に絶縁を確保している。このように図８のようないくつかのダイオードがスタックされただけの従来の高圧ダイオード１９１（１９２）が図
２のように温度スイッチ１９８（１９９）も含まれた構成で図７の従来の電気回路上の構成位置に図１のように接続されている。
【００３１】
この高周波加熱装置３１(図４参照)は、動作時マグネトロン１２に高電圧が図１の高圧トランス１８などからなる駆動回路１９より印加され、マイクロ（高周）波が出力される。この時高圧ダイオード１９１，１９２にはアノード電流が流れている。このアノード電流は高周波出力が大きいほど大きくなり、また図４の加熱室内３３の被加熱物３５すなわち負荷が軽ければ軽いほどマイクロ波の反射が大きくなるため、電流値が大きくなる。ということはすなわち高圧ダイオード１９１，１９２の温度上昇は電子レンジ高周波出力が大きいほど、また電子レンジの加熱室内の負荷が軽いほど高くなることを意味する。
【００３２】
また図１の高圧トランス１８や高圧ダイオード１９１，１９２やＩＧＢＴ１７ダイオードブリッジ、共振コンデンサ１６など発熱部品は、高周波加熱装置３１に内臓されている冷却ファン等により温度による熱破壊を防止するため適度に冷却風を当て冷やしているが、高周波加熱装置を周囲閉塞された状態で設置使用したり、夏の異常高温時に使用したりした時も、高圧ダイオード１９１，１９２の温度上昇は高くなる。
【００３３】
温度上昇に対して負荷条件、連続高出力使用、周囲温度、設置環境、などある程度の悪い状況は想定して耐えられる設計・部品にはしているが、あまりにも過酷な想定できないような状況で使われることがあり、その時は高圧ダイオードが温度破壊故障してしまうことが従来発生していたが、この発明ではそのような問題は解消できる。
【００３４】
すなわち、図３は加熱開始後の高圧ダイオードの温度上昇と温度スィッチ動作の関係を示し、加熱スタート後高圧ダイオードはアノード電流が流れ温度上昇する。この時温度スイッチ１９８（１９９）の接点は閉じたままである。図中Ａは軽負荷または冷却条件が悪い（異常な）場合でＢは正常な使い方をした場合である。まず、正常使用の場合Ｂは、加熱開始後高圧ダイオードは温度上昇するが、温度スイッチがＯＦＦの動作をする温度までは上がらない。したがって途中で加熱を停止させることなく正常に高周波加熱を実行することができる。しかしながら異常使用の場合Ａは、加熱開始後高圧ダイオードはＢの場合より温度は高く上昇していき、温度スイッチがＯＦＦ動作する温度まで到達する。ＯＦＦ動作温度まで到達すると温度スイッチ１９８（１９９）はその接点を開放し、制御部、たとえばこの実施の形態ではインバータ制御回路２９がこの２次高圧側の異常を検出し、高周波加熱を停止する。このようにダイオードが温度破壊する前に加熱を停止するので、この高周波加熱装置は加熱停止後再度冷えた状態に戻ると温度スイッチの接点が再び閉じた状態になるので高周波加熱をすることができる。
【００３５】
また、時温度スイッチ１９８（１９９）は高圧ダイオード１９１，１９２と一体に樹脂モールドしてあるから高圧ダイオード１９１，１９２の温度をほぼ直接検知することになり、制度の高い温度検知ができるとともに、プリント基板への取り付けも両者同時に取り付けることができて工数減も図れる。
【００３６】
なお、マグネトロンのアノード電流遮断検出素子として温度スイッチの代わりに電流検出素子を利用することもできる。すなわち温度が上昇しまたは加熱室内の負荷が軽負荷の場合、アノード電流が増加するので、ある一定以上の電流が流れると急に電流を遮断する素子を使うことにより温度スイッチの時と同じ動作を得ることができる。
【００３７】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について図５を参照して説明する。図５は本発明の実施の形態２に係る高圧ダイオードの内部構造である。スタックされたダイオード群１９１（１９２）−１〜８に並列に温度スイッチ１９８（１９９）が電気接続され樹脂によってすべ
てモールドされている。通常温度スイッチの接点はＯＦＦ状態になっており、温度が一定温度リミット以上になった時、温度スイッチの接点は閉じ、ダイオード全体がショート状態と等価状態になる。ダイオード全体がショート状態になった時は実施の形態１の場合のオープン状態同様に高圧トランス２次側の異常状態として制御部はその異常を検出できるので、実施の形態１の場合同様高周波加熱を停止し、高圧ダイオードの温度による破壊を保護防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、本発明によれば、温度上昇に対して負荷条件、連続高出力使用、周囲温度、設置環境、冷却性能（冷却条件）であまりにも過酷な想定できないような状況で使われても高圧ダイオードが温度破壊故障してしまうことがなく、またすべてが同一パッケージ内にモールドされた構造なので従来と同じような製造方法で組み立てることもでき、また別途サーミスタなど手で取り付けるパーツの必要もなくて工数減が図れる。加えて高圧ダイオードの状態変化、例えば温度の検出においても直接的な検出であるからより正確にかつ安全に検出し高圧ダイオードの温度上昇による破壊をより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る高周波加熱装置の制御部分を示す回路図
【図２】同高周波加熱装置の高圧ダイオードの構造を示す説明図
【図３】同加熱開始後の高圧ダイオードの温度上昇と温度スィッチ動作の関係を示す説明図
【図４】同高周波加熱装置の概観構造図
【図５】本発明の実施の形態２に係る高周波加熱装置の高圧ダイオードの構造を示す説明図
【図６】従来の高周波加熱装置の制御部分を示す回路図
【図７】（ａ）はサーミスタを放熱フィンにビス締めした状態を示す斜視図、（ｂ）はサーミスタをプリント基板に取り付けた状態を示す斜視図
【図８】従来の高周波加熱装置の高圧ダイオードの構造を示す説明図
【図９】従来の高周波加熱装置の高圧ダイオードの破壊時を示す説明図
【符号の説明】
【００４０】
１２  マグネトロン
１７  パワートランジスタ（ＩＧＢＴ）
１８  昇圧トランス
１９  倍電圧全波整流回路
２９  制御部(インバータ制御回路)
１９１、１９２  高圧ダイオード
１９３、１９４  高圧コンデンサ
１９８、１９９  制御素子(温度スイッチ)
【図１】
2007280628.tif 000003
【図２】
2007280628.tif 000004
【図３】
2007280628.tif 000005
【図４】
2007280628.tif 000006
【図５】
2007280628.tif 000007
【図６】
2007280628.tif 000008
【図７】
2007280628.tif 000009
【図８】
2007280628.tif 000010
【図９】
2007280628.tif 000011