(57)【要約】高周波加熱チャンバに電力を供給する高周波増幅器、およびマッチングネットワークを有する高周波加熱システムであり、マッチングネットワークは、コントローラであって、加熱チャンバに対する前方へのおよび反射した電力、供給電力の位相および大きさをモニタし、そして、反射した電力、および／または位相および大きさの予め定められた値にしたがって、高周波増幅器によって供給される電力および／またはマッチングネットワークのインピーダンスを調整する、コントローラ、を含む。【選択図】図１
2018521494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波加熱チャンバに電力を供給する高周波増幅器、およびマッチングネットワークを含む高周波加熱システムであり、前記マッチングネットワークは、コントローラであって、前記加熱チャンバに対する前方へのおよび反射した電力、供給電力の位相および大きさをモニタし、そして、前記反射した電力、および／または位相および大きさの予め定められた値にしたがって、前記高周波増幅器によって供給される電力および／または前記マッチングネットワークのインピーダンスを調整する、コントローラ、を含む、高周波加熱システム。
【請求項２】
コントローラを含み、前記マッチングネットワークは、１つ以上の可変コンデンサを含む、請求項１に記載の高周波加熱システム。
【請求項３】
前記可変コンデンサのキャパシタンスは、１秒当たりそれらのキャパシタンスの最大５０％まで前記コントローラによって変化されてよい、請求項２に記載の高周波加熱システム。
【請求項４】
コントローラを含み、マッチング回路を通して反射した電力が前記高周波増幅器の制限または５０ワットのどちらかより小さいものを上回る場合に、前記コントローラは、前記高周波増幅器の電力出力の変化を防止する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の高周波加熱システム。
【請求項５】
コントローラを含み、マッチング回路を通して反射した電力が前記高周波増幅器の制限または２０ワットのどちらかより小さいものを上回る場合に、前記コントローラは、前記高周波増幅器の電力出力の変化を防止する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の高周波加熱システム。
【請求項６】
コントローラを含み、前記マッチングネットワークは、１つ以上の可変コンデンサを含み、前記可変コンデンサのキャパシタンスは、１秒当たり可変キャパシタンスの最大１０％まで前記コントローラによって変化されてよい、請求項１、２、４または５のいずれか１項に記載の高周波加熱システム。
【請求項７】
電力の制御が前記加熱チャンバに適用されて、前記マッチングネットワークは、４つの連続するステップにおいて調整され、ステップ１では、１秒当たり５ワット〜１秒当たり２５ワットの電力増加の割合で、そして１秒当たり可変キャパシタンスの最大５０％までの前記マッチングネットワークの可変キャパシタンスの変化の割合で、そして最大５０ワットまでの反射した電力を許容して、全電力の０％〜１０％を適用し、ステップ２では、最大５００ワット／秒までの電力増加で、最大２０ワットまでの反射した電力を許容して、そして１秒当たり可変キャパシタンスの最大５０％までの前記マッチングネットワークの可変キャパシタンスの変化の割合で、全動作電力の５％〜５０％を適用し、ステップ３では、最大５００ワット／秒までの電力増加で、最大２０ワットまでの反射した電力を許容して、そして１秒当たり可変キャパシタンスの最大１０％までの前記マッチングネットワークの可変キャパシタンスの変化の割合で、全動作電力の１０％〜１００％を適用し、ステップ４では、最大５０ワットまでの反射した電力を許容して、そして１秒当たり可変キャパシタンスの最大１０％までの前記マッチングネットワークの可変キャパシタンスの変化の割合で、一定電力で動作する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の高周波加熱システム。
【請求項８】
予め定められた時間の間、または電力が全電力の予め定められたパーセンテージに達するまで、ステップ１および／またはステップ２の下で電力が適用される、請求項７項に記載の高周波加熱システム。
【請求項９】
電力の制御は、２０秒を超えない時間間隔の後、ステップ１からステップ２へ移る、請求項７または８項に記載の高周波加熱システム。
【請求項１０】
電源の制御は、１５秒を超えない時間間隔の後、ステップ１からステップ２へ移る、請求項７または８項に記載の高周波加熱システム。
【請求項１１】
電力出力が全電力の１０％になるまで、電力はステップ１の下で適用され、次いで、全電力の２０％に達するまで、電力はステップ２にしたがって適用され、次いで、全電力に達するまで、電力はステップ３にしたがって適用され、その後、ステップ４が適用する、請求項７〜９のいずれか１項に記載の高周波加熱システム。
【請求項１２】
ステップ１では、１秒当たり５ワット〜１秒当たり１５ワットの適用される電力増加の割合で、最大４０ワットまでの反射した電力を許容して、そして可変コンデンサのそれらのキャパシタンスの最大２０％までの変化の割合で、全電力の２％〜６％が適用される、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の高周波加熱システム。
【請求項１３】
ステップ２では、１秒当たり最大２００ワットまでの適用される電力増加の割合で、最大１５ワットまでの反射した電力を許容して、そして可変コンデンサのそれらのキャパシタンスの最大２０％までの変化の割合で、全電力の６％〜２０％が適用される、請求項７〜１２のいずれか１項に記載の高周波加熱システム。
【請求項１４】
ステップ３では、１秒当たり最大２００ワットまでの適用される電力増加の割合で、最大１５ワットまでの反射した電力を許容して、そして可変コンデンサのそれらのキャパシタンスの最大２０％までの変化の割合で、全電力の２０％〜１００％が適用される、請求項７〜１３のいずれか１項に記載の高周波加熱システム。
【請求項１５】
ステップ４では、最大４０ワットまでの反射した電力を許容して、そして可変コンデンサのそれらのキャパシタンスの最大１％までの変化の割合で、全電力の１００％が適用される、請求項７〜１３のいずれか１項に記載の高周波加熱システム。
【請求項１６】
１５００ワット以下の電力を有する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の高周波加熱システム。
【請求項１７】
１０００ワット以下の電力を有する、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の高周波加熱システム。
【請求項１８】
前方へのおよび反射した電力を測定して、システムの順方向電力を調整するために前記電力測定を前記コントローラに渡す、電力計を有する、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の高周波加熱システム。
【請求項１９】
前記マッチングネットワークの電気的インピーダンスを変化させるために、前記コントローラによって用いられる位相および振幅測定を前記コントローラに供給する位相および振幅検出器を、前記高周波増幅器と前記加熱チャンバとの間に有する、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の高周波加熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に食品しかしそれだけではない加熱材料のための高周波加熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波照射は、食品を含む加熱材料の産業手段として一般化している。用途は、木、紙、織物の乾燥、および、肉、魚および乳製品を含む冷凍食品の解凍を含む。高周波加熱は、マイクロ波加熱と同じように、誘電加熱の形態である。熱面およびそれに伴う温度勾配を必要とすることなく材料の本体が直接加熱されるので、加熱のこの形は、伝導加熱を含む従来の加熱法に勝る効果がある。それは、不必要な過熱または外表面の燃焼への可能性および加熱される材料の内部部位の部分的な加熱だけの危険性を著しく低下させる。高周波加熱は、より長い波長を使用するため、マイクロ波加熱に勝る効果がある。そしてそれは、より大きい対象物がより均一に加熱されることを可能にする。これは、解凍および、加熱およびローカル・ホットスポットの回避さえ必要とされる他の応用に理想的に適したＲＦ加熱を作成する。本発明は、最大２ｋＷ電力までのより小さい寸法の高周波加熱器を可能にする。
【０００３】
高周波加熱装置は、以下の必須の構成要素を含まなければならない。第１に、特定周波数で電気信号を生成する電源（増幅器）。周波数は、５ＭＨｚ〜３００ＭＨｚでありえて、固定または可変かもしれない。しかし、それは、国際合意によって設定されたインターナショナル・サイエンティフィックアンドメディカル（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  ａｎｄ  Ｍｅｄｉｃａｌ  （ＩＳＭ））バンドのより通常の１つであり、１３．５６０ＭＨｚ、２７．１２０ＭＨｚ、および４０．６８０ＭＨｚを中心値とする加熱装置の使用に適しているバンドを含む。第２に、加熱チャンバは、一方は概して接地され、他方はライブである２つの電極を含むことを必要とする。高周波電力は、２つの電極間に適用される。加熱される製品または品目は、２つの電極間に配置される。最後に、一般に「マッチングネットワーク」と呼ばれる、電源のインピーダンスを負荷のインピーダンスと整合させる手段が必要とされる。電源および負荷は、共振電気回路を各々構成する。そして、負荷回路の共振特性は、加熱される材料の物理的性質ならびに電気回路の構造の両方に依存する。加熱される材料が可変的な構成で電気的インピーダンスであるので、電源（増幅器）から負荷（加熱される品目）へ電力が効果的に移されることができるように、２つの回路のインピーダンスを整合させることが必要である。この条件が満たされない場合、次いで、電力のより大きいまたはより小さい比率は、負荷回路から増幅器まで反射される。これは、電源回路において対応する熱の発生を伴う製品の非効率的な加熱に結果としてなる。最善でも、これは電源の非効率的な使用である。そして、最悪の事態では、それは電源または増幅回路に負担をかけすぎて、故障に至ることがありえる。マッチングネットワークの多くの異なるデザインが公知であり、使用される。そして、本発明は、それらのいずれかに適用されてよい。
【０００４】
物質を加熱するときに、異なるサンプルまたはバッチの電気的インピーダンスが異なること、そして、構成または物理的寸法またはその両方の違いから生じることは、常に本当である。材料の電気的インピーダンスが構成または温度依存特性の変化の結果として、加熱されるにつれて変化することは、常に本当である。したがって、高周波加熱装置が、反射した電力のいくらかのレベルに対して堅牢であるか、または、負荷のインピーダンスと整合するそのインピーダンスを有するか、または、両方の若干の組合せを有する増幅器電源を備えていることは、必要である。
【０００５】
インピーダンスマッチングネットワークは、前述の理由のために高周波加熱装置において共通して使用される。これらのマッチングネットワークは、所望のインピーダンスの位相および大きさを達成するために可変部品を有するキャパシタンスおよびインダクタンスを含む。可変コンデンサは、これらが製造するのがより容易であるので、可変インダクタンスよりも好ましい。付加的なソリッドステート可変コンデンサまたは他のいかなる種類の適切なコンデンサの使用の有無にもかかわらず、可変コンデンサは、回転羽根タイプ、真空タイプ、または回路を切換えられる固定値コンデンサの組合せでありえる。概して５０または７５オームの固定インピーダンスを有する高周波増幅器を使用することは、習慣である。これらは、業界標準であり、増幅器がこの値の真に抵抗インピーダンスを有することを示す。この場合、マッチングネットワークは、負荷のインピーダンスをこの５０または７５オームの抵抗値とマッチングさせることを必要とする。それは、負荷のインピーダンスの位相角および大きさを検出して調整して、位相角がゼロであるようにそれを調整することによって、こうする。そして、負荷のインピーダンスは、真に抵抗値５０（または７５）オームであり、したがって、増幅器に整合する。この方法に関する課題は、制御システムが回路の可変キャパシタンスの値を変化させることによってこの状態を捜す一方で、増幅器のインピーダンスと、その増幅器の出力の重要な部分を負荷から反射させて、増幅器において消させられる負荷との間に、不整合がある可能性が存在するということである。これは、不必要な電気的過渡現象、加熱およびそれに伴う不具合を含む悪影響を増幅器に及ぼすことがありえる。これが起こるのを防止するために、高周波電源制御システムは、回路が反射した電力で過負荷を受けることを防止する付加的手段を含むか、または、高周波電源回路は、反射した電力および不必要な一時的現象および他の効果に対処することが可能な特別のものであることが必要である。
【０００６】
付加的な構成要素および制御システムが他の技術と比較して利点を上回ることを要求したので、これらの要件を共に採択することは、高周波加熱システムが小規模でかつ低電力のアプリケーションに適していないことを意味する。アプリケーションを解凍するために、温風加熱またはマイクロ波加熱のような他の技術は、共通して使用される。しかしながら、高周波加熱と比較して、これらの技術は、より効果的でない。空気循環を用いるラック乾燥の場合、食品のための解凍時間は、概して数時間、しばしば終夜である。マイクロ波解凍の場合、高周波解凍と比較して、ローカル・ホットスポットおよびコールドスポットの増加した危険性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、高周波加熱システムは、高周波加熱チャンバに電力を供給する高周波増幅器、および、コントローラを含むマッチングネットワークを含む。コントローラは、加熱チャンバに対する前方へのおよび反射した電力、供給電力の位相および大きさをモニタし、そして、反射した電力、および／または位相および大きさの予め定められた値にしたがって、高周波増幅器によって供給される電力および／またはマッチングネットワークのインピーダンスを調整する。
【０００８】
本発明は、高周波加熱および解凍の利点を達成することができるが、重要な反射した電力に耐えることが可能な付加的な制御回路および／または非常に特別の電源構成要素を必要とする不利点がないというような方法で、マッチング回路を提供する。本発明は、有意な量の反射した電力を消すことができる付加的な保護回路または特別の増幅器構成要素の必要を回避する。本発明は、このように、使用される放熱能力に関して減少した寸法および仕様の構成要素を許容し、したがって、より小さい寸法の高周波発熱ユニットを許容する。
【０００９】
本発明は、大きいシステムと同様に５００〜１５００ワットの高周波加熱システムに適している。典型的アプリケーションは、７５０ワット以下の電力を有する小さい加熱システムである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明による高周波加熱システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図において、高周波加熱システム１は、電力出力１１を有する接地した高周波増幅器電源１０、および、電力入力１３および２つの電極１４および１６（接地した１つの電極１６と他の電極１４）を有する加熱チャンバ１２を含む。図は、ライブ電極１４と接地電極１６との間で加熱される食品１８を示す。
【００１２】
ネットワークマッチング回路２０は、高周波増幅器電源と関係している。従来システムでは、ネットワークマッチング回路は、パワーアンプ１０の同軸出力ケーブル１１と加熱チャンバ１２の入力１３の同軸入力ケーブルとの間のラインに、コンデンサ（同調コンデンサとして公知の）２２およびインダクタ２４を含む。コンデンサとインダクタとの間で、さらなるコンデンサ（負荷コンデンサとして公知の）２６は、アースに接続している。
【００１３】
このタイプの従来の高周波加熱システムでは、制御システムは、コンデンサ２２および２６（またはマッチングネットワークの別の設計における他の構成要素）の値を調整することによって、負荷と電源との間にインピーダンス整合を捜す。一旦インピーダンス状態が達成されると、増幅器の電力出力は、予め定められた割合で増加する。反射した電力が特定の制限を上回る場合、インピーダンスマッチングがもう一度達成されるまで、電力は、特定のレベルで保たれるかまたは予め定められたより低いレベルに戻される。この方法の不利な点は、電源は反射した電力の予想された例に対して堅牢でなければならないということであり、または、システムは全電力を達成するのにより長くかかるかもしれないということである。
【００１４】
電源および負荷のインピーダンスの悪いマッチングの問題を解決するために、本発明は、コントローラ３０（概して調節アルゴリズムが符号化される比例積分微分コントローラ（ＰＩＤコントローラ））を使用する。コントローラ３０は、同調コンデンサ２２の値を調整する制御出力３２、負荷コンデンサ２６の値を調整する制御出力３４、および高周波増幅器１０の電力出力を調整する制御出力３５を有する。電力計３６は、位相および振幅検出器から成り、高周波増幅器１０からの電力出力、および加熱チャンバ１２からの反射した電力を測定する。そして、これらの測定値をコントローラ３０に伝える。反射した電力の測定は、後述するように、高周波増幅器１０の電力出力ならびに同調および負荷コンデンサ２２および２６の値の両方を制御するために用いる。
【００１５】
制御は、４つのステップで行われる。
【００１６】
最初に第１ステップで、高周波増幅器１０が動作を始めて、高周波電力を加熱チャンバ１２に適用し始めるときに、増幅器から適用される電力は、ゼロから、高周波増幅器１０の最大限の高周波出力電力の２％〜６％の予め定められた値まで増加する。増加の割合は、１秒当たり約１０ワットである。複合インピーダンスの位相角および大きさは検出される。そして、マッチングネットワーク２０の同調コンデンサ２２および負荷コンデンサ２６の両方の値は、比例積分微分コントローラ３０によって、ゼロインピーダンス位相角に向かって調整される。アルゴリズムは、１秒当たりそれらの全値の２０％の最大割合で、マッチングネットワーク２０のコンデンサ２２および２６を調整する。反射した電力が約１Ｗ未満になるまで、コンデンサ２２および２６は、ＰＩＤコントローラによって調整される。そして、ゼロに近いインピーダンス位相に対応する。
【００１７】
ステップ１の目的は、低い電力割合でできるだけ急速にインピーダンスマッチングの条件を決めることである。マッチングネットワークのキャパシタンスの迅速な調整は、ユニットがキャパシタンスを変化させて、インピーダンス整合を捜すにつれて、適用される高周波電力の高いパーセントが負荷回路から電源まで反射される可能性があることを意味する。このステップにおいて適用される電力を完全な定格電力出力の２％〜６％に、そして反射した電力を約２５Ｗに制限することによって、増幅回路への損傷は防止される。このステップにおける反射した電力の制限上の正確な形は、増幅器に対するハードウェア制限を参照して選択される。
【００１８】
一旦高周波増幅器の電源スイッチオンから一定の時間が経過すると、制御はステップ２へ移る。そして、高周波増幅器からの電力出力は、予め定められたレベル（すなわち、１秒当たり約１００ワット）までより急速に増加する。ステップ２において適用される電力の上限は、それが回路のキャパシタンスの値を調整し続けるにつれて、反射した電力を１０Ｗ以下に保つ制御アルゴリズムの能力によって決定される。１０Ｗは、反射した電力のための増幅器のハードウェア制限よりも小さくて、アルゴリズムがそのより減衰しないモードで動作することができる誤りの発生する余地を与える（すなわち、それはコンデンサの値の比較的より迅速な調整をする）。反射した電力がこの１０Ｗの値をいかなる点でも超える場合、コントローラ３０は、さらなる電力増加を防止する。そして、電力はそのレベルに保たれる。そして、上記のステップ１に記載された同じプロトコルにしたがって、システムはキャパシタンスを調整する。反射した電力が１０Ｗ未満の予め定められたレベルまで落ちるときに、次いで、電力増加は再開される。
【００１９】
ステップ２の目的は、ステップ１で見つかる低電力でインピーダンスが整合した状態から始まり、次いで、できるだけ短い期間における最大限の定格出力の２０％ほどの、しかし反射した電力が構成要素のための安全な限度を上回ることができないレベルまで、適用される電力を増加させることである。
【００２０】
完全な定格電力出力の２０％越えが達成されると、制御はステップ３へ移る。適用される電力は、増幅器の完全な定格出力までさらに増加する。ステップ３では、マッチングネットワークのキャパシタンスの調整は、ステップ１および２よりもゆっくり、概して１秒当たり完全なキャパシタンスの値の約０．１％〜０．２％で起こる。これは、システムがそのインピーダンスがマッチした状態を保持することを、そして、反射した電力が増幅回路のための安全な限度を上回らないことを、確実にする。電力増加の割合は、概して１秒当たり約１００ワットである。ネットワークマッチングの応答は、それがステップ１および２であるよりもステップ３においてより減衰される。ステップ２にて説明したように、いかなる点でも反射した電力が設定値を超える場合、電力増加は停止する。そしてユニットは、整合したネットワーク状態に再到達する時間を許容される。
【００２１】
ステップ３の目的は、できるだけ急速に、しかし反射した電力が予め定められた値を超えることができずに、完全な設定点の電力に達することである。ステップ２および３における反射した電力の制限は、ステップ１および４（ステップ４は後述する）におけるよりも少ない。これは、ステップ１および４の制限が、許容ハードウェア制限、すなわち増幅回路が許容する最大の反射した電力、によって決定されるからである。その一方で、ステップ２および３では、反射した電力上のハードウェア制限に達する所で条件を確立することなく制御アルゴリズムが適用される電力の増加のより速い割合を許容することができるように、制限はより低く設定される。
【００２２】
一旦全出力設定点に達する（高周波増幅器１０の全出力またはユーザによって選択されるいくらかより小さい値のどちらかである）と、次いで、電力が一定の状態に、そしてステップ３において適用される減衰ネットワークマッチングアルゴリズムを使用して維持されるインピーダンスマッチング状態に保たれるときに、制御はステップ４に移る。反射した電力に対する制限は、ステップ１のような、そして増幅器ハードウェア上の制限によって定まるような、約２５Ｗまで増加する。
【００２３】
反射した電力に対する制限は、それらがステップ１および４にあるよりもステップ２および３においてより低い。ステップ１は、より低い電力でしかしインピーダンスマッチングが達成されていない状態にあり、そしてステップ４は、全出力でしかしインピーダンスマッチング状態に達した状態にある。ステップ２および３は、出力が増加すると共に制御システムの減衰が変化する、移行状態にある。全体的効果は、反射した電力に対する制限を上回ることなく全出力の最速の適用を許容することである。
【００２４】
制御ステップの概要は、下表で述べられる。
【００２５】
【表１】
2018521494.tif 000003
【００２６】
例−５００ワットの高周波解凍器
システムは、テーブルトップ高周波加熱システム１（ＩＳＭ周波数２７．１２ＭＨｚ、０〜５００ワットの出力）であり、多種多様な食品を解凍するのに用いる。加熱チャンバ１２は、約幅６００ｍｍ、高さ５００ｍｍおよび深さ７１５ｍｍである。加熱チャンバ１２の構造は、主に３０４ステンレス鋼構造である。そして、重さ約４０ｋｇである。それは、さまざまな異なる種類の食品を解凍する予め設定されたプログラムをオペレータが選択することができるタッチスクリーンディスプレイを有する。コントローラ３０は、センサ３６からの信号を用いて高周波増幅器整合ネットワーク２０を用いたプログラムの間に供給される高周波電力を制御する。加熱チャンバ１２アプリケータ内の食品のインピーダンスを５０Ωの高周波増幅器インピーダンスに整合するために、マッチングネットワーク２０の図１のそれぞれ同調および負荷可変コンデンサ２２および２６の位置を変えるために、位相およびマグニチュード信号を用いる。図１のマッチングネットワークは、本発明の利用に等しく適用できる多くのデザインのうちの１つである。
【００２７】
コントローラ３０は、最初にインピーダンスを整合して、本明細書において記載されているアルゴリズムにしたがって、５００Ｗ（または他のより下い設定点）の定格出力まで、電力を上昇させる。
【００２８】
加熱システム１は、２７．１２ＭＨｚで５００Ｗの電源を提供するために、可変振幅高周波増幅器１０を含む。必要とされる電源は、５０ＶＤＣ＠２０Ａである。ローパスフィルタが含まれる。これは、高周波増幅器の出力から２７．１２ＭＨｚより上の高調波周波数を取り除く５次のバターワースπフィルタ（図示せず）である。電力計３６は、高周波高出力信号をモニタして、０〜５Ｖのアナログ信号を用いて前方への（０〜５００Ｗ）および反射した（０〜５０Ｗ）電力レベルを示す。それは、電圧と電流との間の位相差および電圧と電流との大きさ比率を検出する。位相および大きさレベルは、−５Ｖ〜＋５Ｖのアナログ信号を用いて示される。
【００２９】
コントローラ３０は、加熱される食品または他の材料を含む負荷回路のインピーダンスを、５０Ωの高周波増幅器出力インピーダンスに整合するために使用される。それは、図１に示すように「Ｔ」ネットワーク構成における可変の同調および負荷コンデンサ２２および２６、およびインダクタンスコイル２４によって、こうする。可変の同調および負荷コンデンサ２２および２６は、コントローラ３０からのパルス幅変調信号を用いて駆動されるサーボモータを使用して、調整された。
【００３０】
システムの正面上の、高周波に対してシールされたドアを通して、食品は、加熱チャンバ１２内に置かれる。加熱チャンバ１２は、絶縁支持体によって支持される頂部電極１４を有する。接地電極１６は、食品のコンテナが置かれるアプリケータの金属ベース・シートである。マッチングネットワーク２０は、絶縁カラー１５を用いてチャンバの後部から絶縁された銅導体を使用して加熱チャンバ１２に接続している。
【００３１】
装置は、１００〜２４０ボルト、５０または６０Ｈｚのメイン電源を使用する。装置の範囲内で、制御システムおよび冷却ファンのために１２ＶのＤＣ電源が使用される。そして、トランジスタ化された高周波増幅器１０で用いる０〜５００ワットの高周波を生み出すために４８ＶのＤＣ電源が使用される。
【００３２】
発明のこれと関連した機能に加えて、コントローラ３０は、より一般的には、以下のパラメータのためのいくつかの付加的なセンサからの信号を用いてシステムの安全をモニタする：高周波増幅器ヒートシンクの温度、ドア開き、アーク検出器、煙検出器、電源レベル、反射した電力、ファン速度。反対の条件が発生して、タッチスクリーンディスプレイ上の課題を報告するときに、コントローラは安全な方法で応答する。
【００３３】
実際的な条件において、以下の動作パラメータが良好な結果をもたらすことが分かっている。
【００３４】
２０秒を超えない、好ましくは１５秒を超えない期間後のステップ１からステップ２への切換。
【００３５】
ステップ１では、パラメータは、最大４０ワットまでの反射した電力で、５ワット／秒〜１５ワット／秒の適用される電力増加の割合で、回路の可変キャパシタンスのパーセンテージとしてのキャパシタンスの変化の割合が最大２０％で、適用される全電力の２％〜６％である。
【００３６】
ステップ２では、パラメータは、反射した電力に対する最大１５ワットまでの制限で、適用される電力増加の割合が１秒当たり最大２００ワットまでで、回路の可変キャパシタンスのパーセンテージとしてのキャパシタンスの変化の割合が最大２０％で、適用される全電力の６％〜２０％である。
【００３７】
ステップ３では、パラメータは、反射した電力に対する最大１５ワットまでの制限で、適用される電力増加の割合が１秒当たり最大２００ワットまでで、回路の可変キャパシタンスのパーセンテージとしてのキャパシタンスの変化の割合が最大５％で、適用される全電力の２０％〜１００％である。
【００３８】
ステップ４では、パラメータは、反射した電力に対する最大４０ワットまでの制限で、回路の可変キャパシタンスのパーセンテージとしてのキャパシタンスの変化の割合が最大１％で、適用される全電力の１００％一定である。
【００３９】
可変値コンデンサは、回転羽根タイプまたは真空タイプでありえるか、または、コントローラ３０および固体可変コンデンサによって回路を切換えられる固体値の複合コンデンサを含む固体デバイスでもよい。
【００４０】
前述は本発明の図示する例であり、請求項によって含まれるような本発明の範囲を制限しない。
【図１】
2018521494.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月30日(2018.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波加熱チャンバおよびマッチングネットワークに電力を供給する高周波増幅器を含む高周波加熱システムであって、前記システムは、前記加熱チャンバに対する前方へのおよび反射した電力、供給電力の位相および大きさをモニタし、そして、前記反射した電力、および／または位相および大きさの予め定められた値にしたがって、前記高周波増幅器によって供給される電力および／または前記マッチングネットワークのインピーダンスを調整し、そして、前記マッチング回路を通して反射した電力が前記高周波増幅器の制限または５０ワットのどちらかより小さいものを上回る場合に、前記高周波増幅器の電力出力の変化を防止する、コントローラをさらに含むことを特徴とする、高周波加熱システム。
【請求項２】
コントローラを含み、前記マッチングネットワークは、１秒当たりそれらのキャパシタンスの最大５０％まで前記コントローラによって変化可能な１つ以上の可変コンデンサを含むことを特徴とする、請求項１に記載の高周波加熱システム。
【請求項３】
前記キャパシタンスは、１秒当たり前記可変キャパシタンスの最大１０％まで前記コントローラによって変化されることを特徴とする、請求項２に記載の高周波加熱システム。
【請求項４】
前記マッチング回路を通して反射した電力が前記高周波増幅器の制限または２０ワットのどちらかより小さいものを上回る場合に、前記コントローラは、前記高周波増幅器の電力出力の変化を防止することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の高周波加熱システム。
【請求項５】
電力の制御が前記加熱チャンバに適用されて、前記マッチングネットワークは、４つの連続するステップにおいて調整可能であり、すなわち、
ステップ１では、１秒当たり５ワット〜１秒当たり２５ワットの電力増加の割合で、そして１秒当たり可変キャパシタンスの最大５０％までの前記マッチングネットワークの可変キャパシタンスの変化の割合で、そして最大５０ワットまでの反射した電力を許容して、全電力の０％〜１０％を適用し、
ステップ２では、最大５００ワット／秒までの電力増加で、最大２０ワットまでの反射した電力を許容して、そして１秒当たり可変キャパシタンスの最大５０％までの前記マッチングネットワークの可変キャパシタンスの変化の割合で、全動作電力の５％〜５０％を適用し、
ステップ３では、最大５００ワット／秒までの電力増加で、最大２０ワットまでの反射した電力を許容して、そして１秒当たり可変キャパシタンスの最大１０％までの前記マッチングネットワークの可変キャパシタンスの変化の割合で、全動作電力の１０％〜１００％を適用し、
ステップ４では、最大５０ワットまでの反射した電力を許容して、そして１秒当たり可変キャパシタンスの最大１０％までの前記マッチングネットワークの可変キャパシタンスの変化の割合で、一定電力で動作する、
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の高周波加熱システム。
【請求項６】
予め定められた時間の間、または電力が全電力の予め定められたパーセンテージに達するまで、ステップ１および／またはステップ２の下で電力が適用されることを特徴とする、請求項５に記載の高周波加熱システム。
【請求項７】
電力の制御は、２０秒を超えない時間間隔の後、ステップ１からステップ２へ移ることを特徴とする、請求項６に記載の高周波加熱システム。
【請求項８】
電源の制御は、１５秒を超えない時間間隔の後、ステップ１からステップ２へ移ることを特徴とする、請求項７に記載の高周波加熱システム。
【請求項９】
電力出力が全電力の１０％になるまで、電力はステップ１の下で適用され、次いで、全電力の２０％に達するまで、電力はステップ２にしたがって適用され、次いで、全電力に達するまで、電力はステップ３にしたがって適用され、その後、ステップ４が適用することを特徴とする、請求項５〜８のいずれか１項に記載の高周波加熱システム。
【請求項１０】
ステップ１では、１秒当たり５ワット〜１秒当たり１５ワットの適用される電力増加の割合で、最大４０ワットまでの反射した電力を許容して、そして可変コンデンサのそれらのキャパシタンスの最大２０％までの変化の割合で、全電力の２％〜６％が適用されることを特徴とする、請求項５〜９のいずれか１項に記載の高周波加熱システム。
【請求項１１】
ステップ２では、１秒当たり最大２００ワットまでの適用される電力増加の割合で、最大１５ワットまでの反射した電力を許容して、そして可変コンデンサのそれらのキャパシタンスの最大２０％までの変化の割合で、全電力の６％〜２０％が適用されることを特徴とする、請求項５〜１０のいずれか１項に記載の高周波加熱システム。
【請求項１２】
ステップ３では、１秒当たり最大２００ワットまでの適用される電力増加の割合で、最大１５ワットまでの反射した電力を許容して、そして可変コンデンサのそれらのキャパシタンスの最大２０％までの変化の割合で、全電力の２０％〜１００％が適用されることを特徴とする、請求項５〜１１のいずれか１項に記載の高周波加熱システム。
【請求項１３】
ステップ４では、最大４０ワットまでの反射した電力を許容して、そして可変コンデンサのそれらのキャパシタンスの最大１％までの変化の割合で、全電力の１００％が適用される、請求項５〜１２のいずれか１項に記載の高周波加熱システム。
【請求項１４】
前方へのおよび反射した電力を測定して、システムの順方向電力を調整するために前記電力測定を前記コントローラに渡す、電力計を有することを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の高周波加熱システム。
【請求項１５】
前記マッチングネットワークの電気的インピーダンスを変化させるために、前記コントローラによって用いられる位相および振幅測定を前記コントローラに供給する位相および振幅検出器を、前記高周波増幅器と前記加熱チャンバとの間に有することを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の高周波加熱システム。
【国際調査報告】
2018521494.tif 000005
2018521494.tif 000006