(57)【要約】【課題】被加熱物が載置されていない状態での加熱動作を防止する。【解決手段】発振部２、電力増幅部３、被加熱物７を収納する加熱室６、加熱室６の壁面に配置されマイクロ波発生部の出力が伝送されそのマイクロ波を加熱室６内に放射供給する給電部５、給電部５から電力増幅部３に反射される電力を検出する電力検出部４を備え、被加熱物７なしのときの反射電力の周波数特性を制御部８が記憶しており、測定値と記憶値を比較することによって被加熱物７の有無を判定し、被加熱物７なしでの加熱動作を防止するので、マイクロ波処理装置の損傷を防止できる。【選択図】図１
2010073382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を収容する加熱室と、発振部と、前記発振部の出力を電力増幅する電力増幅部と、前記電力増幅部の出力を前記加熱室に供給する給電部と、前記給電部から前記電力増幅部に反射する反射電力および前記電力増幅部から前記給電部に供給される入射電力を検出する電力検出部と、前記発振部の発振周波数と前記電力増幅部を制御する制御部とを備え、前記給電部は前記加熱室を構成する壁面に配置されるとともに、前記制御部は前記加熱室内に被加熱物が載置されていない状態における前記電力検出部の反射特性を記憶し、加熱動作選択時に反射特性が前記記憶している反射特性と略一致すると被加熱物が載置されていないと判定し、前記電力増幅部の保護動作をする構成としたマイクロ波処理装置。
【請求項２】
被加熱物を収容する加熱室と、発振部と、前記発振部の出力を複数に電力分配する電力分配部と、前記電力分配部の出力を電力増幅する複数の電力増幅部と、前記電力増幅部の出力を前記加熱室に供給する複数の給電部と、前記給電部から前記電力増幅部に反射する電力および前記電力増幅部から前記給電部に供給される入射電力を検出する複数の電力検出部と、前記発振部の発振周波数と前記電力増幅部を制御する制御部とを備え、前記給電部は前記加熱室を構成する壁面に配置されるとともに、前記制御部は加熱室内に被加熱物が載置されていない状態における前記電力検出部の反射特性を記憶し、加熱動作選択時に反射特性が前記記憶している反射特性と略一致すると被加熱物が載置されていないと判定し、前記電力増幅部の保護動作をする構成としたマイクロ波処理装置。
【請求項３】
反射特性の一致判定は複数ある給電部の反射特性の総和によって判定する構成とした請求項２記載のマイクロ波処理装置。
【請求項４】
反射特性の一致判定は複数ある給電部の各々の反射特性の判定によって判定する構成とした請求項２記載のマイクロ波処理装置。
【請求項５】
反射特性が一致しているとの判定は反射電力が極小値を示す周波数が一致していることによって判定する構成とした請求項１、３または４に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項６】
反射特性が一致しているとの判定は反射電力が極小値を示す周波数およびその極小値が一致していることによって判定する構成とした請求項１、３または４に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項７】
反射特性は反射電力と入射電力の比によってレベルを算出する構成とした請求項５または６に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項８】
反射特性は電力検出部によって検出される反射電力の絶対値によって算出する構成とした請求項５または６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】
従来より、マイクロ波処理装置として一般的に用いられるマグネトロンに代えて、半導体素子を用いたマイクロ波処理装置が提案されてきた。半導体素子を用いたマイクロ波処理装置によれば、小型でかつ安価な構成でマイクロ波の周波数を容易に調整することができる。このように、半導体素子を用いたマイクロ波処理装置を備える高周波加熱装置が特許文献１に記載されている。
【０００３】
特許文献１の高周波加熱装置においては、所定の周波数帯域でマイクロ波の周波数が掃引され、反射電力が最小値を示すときのマイクロ波の周波数が記憶される。そして、記憶された周波数のマイクロ波が加熱室内のアンテナから放射され、対象物が加熱される。これにより、電力変換効率が向上する。
【特許文献１】特開昭５６−０９６４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体素子は放熱部材が接触した状態で用いられる。反射電力により半導体素子が発熱した場合、放熱部材により放熱が行われる。
【０００５】
しかしながら、マイクロ波の周波数が掃引される際に非常に大きい反射電力が発生すると、その反射電力により発生する熱が放熱部材の放熱能力を超える場合がある。この場合、半導体素子が破損するおそれがある。特に、加熱室内に被加熱物が載置されていない状態では給電部から放射されたマイクロ波電力は吸収される部分がないので壁面での損失や伝送路での損失を除きその大半が給電部に反射することになる。このため加熱室内に被加熱物が載置されていない状態で加熱動作をすると電力増幅部に非常に大きい反射電力が戻ってくることになるので電力増幅部に備えられた半導体素子の損傷を招く恐れがあるという課題がある。
【０００６】
本発明の目的は、反射電力によるマイクロ波発生装置の破損を防止できるマイクロ波処理装置を提供することである。
【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、被加熱物を収容する加熱室と、発振部と、前記発振部の出力を電力増幅する電力増幅部と、前記電力増幅部の出力を前記加熱室に供給する給電部と、前記給電部から前記電力増幅部に反射する電力および前記電力増幅部から前記給電部に供給される入射電力を検出する電力検出部と、前記発振部の発振周波数と前記電力増幅部を制御する制御部とを備え、前記給電部は前記加熱室を構成する壁面に配置されるとともに、前記制御部は加熱室内に被加熱物が載置されていない状態における前記電力検出部の反射特性を記憶し、加熱動作選択時に反射特性が前記記憶している反射特性と略一致すると被加熱物が載置されていないと判定し、前記電力増幅部の保護動作をする構成としたものである。
【０００８】
これによって、加熱室内に被加熱物が載置されていないことを判定し、加熱動作を中止することができるので、過大な反射電力による電力増幅部などへの損傷を未然に防止する
ことができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のマイクロ波処理装置は、加熱室内に被加熱物が載置されていない状態を加熱動作前に判定することができるので、過大な反射電力による電力増幅部の損傷を未然に防止し、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の発明は、被加熱物を収容する加熱室と、発振部と、前記発振部の出力を電力増幅する電力増幅部と、前記電力増幅部の出力を前記加熱室に供給する給電部と、前記給電部から前記電力増幅部に反射する電力および前記電力増幅部から前記給電部に供給される入射電力を検出する電力検出部と、前記発振部の発振周波数と前記電力増幅部を制御する制御部とを備え、前記給電部は前記加熱室を構成する壁面に配置されるとともに、前記制御部は加熱室内に被加熱物が載置されていない状態における前記電力検出部の反射特性を記憶し、加熱動作選択時に反射特性が前記記憶している反射特性と略一致すると被加熱物が載置されていないと判定し、前記電力増幅部の保護動作をする構成とすることにより、加熱室内に被加熱物が載置されていないことを検出できるので、加熱動作による電力増幅器に過大な反射電力が反射されることを未然に防止でき、反射電力による発熱によって電力増幅器への損傷を防ぐことができる。
【００１１】
第２の発明は、被加熱物を収容する加熱室と、発振部と、前記発振部の出力を複数に電力分配する電力分配部と、前記電力分配部の出力を電力増幅する複数の電力増幅部と、前記電力増幅部の出力を前記加熱室に供給する複数の給電部と、前記給電部から前記電力増幅部に反射する電力および前記電力増幅部から前記給電部に供給される入射電力を検出する複数の電力検出部と、前記発振部の発振周波数と前記電力増幅部を制御する制御部とを備え、前記給電部は前記加熱室を構成する壁面に配置するとともに、前記制御部は加熱室内に被加熱物が載置されていない状態における前記電力検出部の反射特性を記憶し、加熱動作選択時に反射特性が前記記憶している反射特性と略一致すると被加熱物が載置されていないと判定し、前記電力増幅部の保護動作をする構成とすることにより、加熱室内に被加熱物が載置されていないことを検出できるので、加熱動作による電力増幅器に過大な反射電力が反射されることを未然に防止でき、反射電力による発熱によって電力増幅器への損傷を防ぐことができる。
【００１２】
第３の発明は、特に第２の発明においてさらに、反射特性が一致しているかどうかの判定を複数ある給電部の反射特性の総和によって判定する構成とすることにより、加熱室内に被加熱物が載置されていないことを検出できるので、加熱動作によって電力増幅器に過大な反射電力が反射されることを未然に防止でき、反射電力による発熱により電力増幅器が損傷することを防ぐことができる。
【００１３】
第４の発明は、特に第２の発明においてさらに、反射特性が一致しているかどうかの判定を複数ある給電部の各々の反射特性の一致によって判定する構成とすることにより、加熱室内に被加熱物が載置されていないことを検出できるので、加熱動作によって電力増幅器に過大な反射電力が反射されることを未然に防止でき、反射電力による発熱により電力増幅器が損傷することを防ぐことができる。
【００１４】
第５の発明は、特に第１、第３または第４の発明においてさらに、反射特性が一致していることの判定は反射電力が極小値を示す周波数が一致していることによって判定する構成することにより、加熱室内に被加熱物が載置されていないことを検出できるので、加熱動作によって電力増幅器に過大な反射電力が反射されることを未然に防止でき、反射電力による発熱により電力増幅器が損傷することを防ぐことができる。
【００１５】
第６の発明は、特に第１、第３または第４の発明においてさらに、反射特性が一致しているかどうかの判定は反射電力が極小値を示す周波数およびその極小値の一致していることによって判定する構成とすることにより、加熱室内に被加熱物が載置されていないことを検出できるので、加熱動作によって電力増幅器に過大な反射電力が反射されることを未然に防止でき、反射電力による発熱により電力増幅器が損傷することを防ぐことができる。
【００１６】
第７の発明は、特に第５ないし第６の発明においてさらに、反射特性は反射電力と入射電力の比によってレベルを算出する構成とすることにより、加熱室内に被加熱物が載置されていないことを検出できるので、加熱動作によって電力増幅器に過大な反射電力が反射されることを未然に防止でき、反射電力による発熱により電力増幅器が損傷することを防ぐことができる。
【００１７】
第８の発明は、特に第５ないし第６の発明においてさらに、反射特性は電力検出部によって検出される反射電力の絶対値によって算出する構成とすることにより、加熱室内に被加熱物が載置されていないことを検出できるので、加熱動作によって電力増幅器に過大な反射電力が反射されることを未然に防止でき、反射電力による発熱により電力増幅器が損傷することを防ぐことができる。
【００１８】
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。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態におけるマイクロ波処理装置のブロック図である。
【００２０】
図１において、マイクロ波の発生部は半導体素子を用いて構成した発振部２、発振部２の出力を増幅する半導体素子を用いて構成した電力増幅部３と、電力増幅部３によって増幅されたマイクロ波出力を加熱室６内に放射する給電部５と、電力増幅部３と給電部５を接続するマイクロ波伝送路に挿入され給電部５から電力増幅部３へ反射する電力および電力増幅部３から給電部５へ供給される入射電力を検出する電力検出部４と、電力検出部４によって検出された入射電力および反射電力によってマイクロ波処理装置を制御する制御部８とで構成している。
【００２１】
また、本発明のマイクロ波処理装置は、被加熱物７を収納する略直方体構造からなる加熱室６を有し、加熱室６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７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７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、マイクロ波発生部の出力が伝送されそのマイクロ波を加熱室６内に放射供給する給電部５が加熱室６を構成する壁面に配置されている。本実施の形態では給電部５は加熱室６の底面に配置した図を示しているが、この給電部５の配置は本実施の形態に拘束されるものではなく加熱室６を構成するいずれかの壁面に配置してもかまわない。
【００２２】
電力増幅部３は、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。
【００２３】
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。
【００２４】
また、電力検出部４は、加熱室６側から電力増幅部３側に伝送する反射波の電力いわゆる反射電力および電力増幅部３側から加熱室６側に伝送するいわゆる入射電力を抽出するものであり、電力結合度をたとえば約−４０ｄＢとし、反射電力および入射電力の約１／１００００の電力量を抽出する。この電力信号はそれぞれ、検波ダイオード（図示していない）で整流化し、コンデンサ（図示していない）で平滑処理し、その出力信号を制御部８に入力させている。
【００２５】
制御部８は、使用者が直接入力する被加熱物７の加熱条件あるいは加熱中に被加熱物７の加熱状態から得られる加熱情報と電力検出部４よりの検知情報に基づいて、マイクロ波発生部の構成要素である発振部２と電力増幅部３のそれぞれに供給する駆動電力を制御し、加熱室６内に収納された被加熱物７を最適に加熱する。
【００２６】
また、マイクロ波発生部には主に電力増幅部３に備えた半導体素子の発熱を放熱させる放熱手段（図示していない）を配する。
【００２７】
以上のように構成されたマイクロ波処理装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００２８】
まず、被加熱物７を加熱室６に収納し、その加熱条件を操作部（図示していない）から入力して、加熱開始キーを押す。加熱開始キーからの加熱開始信号を受けた制御部８の制御出力信号により、マイクロ波発生部が動作を開始する。制御部８は、駆動電源（図示していない）を動作させて発振部２に電力を供給する。この時、発振部２の初期の発振周波数は、たとえば２４００ＭＨｚに設定する電圧信号を供給し、発振が開始する。
【００２９】
発振部２を動作させると、以降、駆動電源を制御して電力増幅部３を動作させる。
【００３０】
そしてマイクロ波電力信号は電力増幅部３、電力検出部４を経て給電部５に出力され加熱室６内に放射される。このときの電力増幅部３の出力電力は１００Ｗ未満、たとえば５０Ｗのマイクロ波電力を出力する。
【００３１】
加熱室６内に供給されるマイクロ波電力が被加熱物７に１００％吸収されると加熱室６からの反射電力は０Ｗになるが、被加熱物７の種類・形状・量・載置位置が被加熱物７を含む加熱室６の電気的特性を決定し、マイクロ波発生部の出力インピーダンスと加熱室６のインピーダンスとに基づいて、加熱室６側からマイクロ波発生部側に伝送する反射電力が生じる。
【００３２】
電力検出部４は、マイクロ波発生部側に伝送する反射電力を検出し、その反射電力量に比例した信号を検出するものであり、その検出信号を受けた制御部８は、反射電力が極小値となる発振周波数の選択を行う。この周波数の選択に対して、制御部８は、発振部２の発振周波数を初期の２４００ＭＨｚから例えば１ＭＨｚピッチで高い周波数側に変化させ、周波数可変範囲の上限である２５００ＭＨｚに到達する。この操作を行うことで制御部８は、発振部２の発振周波数に対する反射電力の配列を得ることができる。
【００３３】
制御部８は、この反射電力が最も小さくなる発振部２の発振周波数の条件で制御するとともに、発振出力を入力された加熱条件に対応した出力が得られるように制御する。これにより、電力増幅部３は所定のマイクロ波電力を出力する。そして、その出力は給電部５に伝送され、加熱室６内に放射される。
【００３４】
上述の様に被加熱物７が加熱室６内に載置されている状態における反射電力は、周波数を横軸にグラフ化すると、図２のようなグラフとなる。ここで、反射電力が最も少なくな
っている周波数ｆ１で発振部２の発振周波数を定めると、もっとも反射電力が少ない条件で被加熱物７を加熱処理することができ、非常に効率の高い加熱を実現することができる。また、この状態では反射電力が少ないため給電部５から電力増幅部３に反射されてくる電力が最も少なく、電力増幅部３の熱的なストレスも少ない条件であるため、冷却も容易であるといえる。
【００３５】
一方、加熱室６内に被加熱物７が載置されていない状態では、加熱室６は一種の空洞共振器として働くため、その形状によって定まる複数の共振周波数、例えばｆ２、ｆ３が存在する。このときの給電部５から見た反射波の電力の周波数特性である反射特性を図３に示す。図３は一例であり、加熱室６の形状および被加熱物７を載置する載置台の形状によって観測される共振周波数の数および共振周波数は異なるものである。
【００３６】
ここで、共振周波数ｆ２、ｆ３においては、電力検出部４によって検出される反射電力の値は低い値を示しているが、加熱室６内に被加熱物７がないので、給電部５から放射される電力は、加熱室６内に存在する載置台あるいは加熱室６を構成する部材によって、電力消費されることになる。特に、電子レンジなどのような用途を勘案すると、開閉扉部分には外部にマイクロ波を漏洩させないためのシール機構が必要であり、一般的な電子レンジでは樹脂部品なども使用されており、過剰な電力がこの部分に集中すると、シール機構の一部を損傷する可能性や、載置台を損傷する可能性がある。
【００３７】
また、この損傷が起こると加熱室６の共振特性が変化するため、急激に給電部５への反射電力が増加することが懸念され、この場合、増加した反射電力によって、電力増幅部３への損傷に拡大する可能性がある。このため、加熱室６内に被加熱物７が載置されていない状態での加熱動作は、禁止とすることが望まれる。本実施の形態の制御部８は、加熱室６内に被加熱物７が載置されていない状態の周波数特性を記憶しており、その特性が一致すると被加熱物７が載置されていないと判断し、加熱動作への移行を中止し、電力増幅部３を保護する。
【００３８】
特性の一致判定は計測した周波数特性のテーブルと記憶している周波数特性のテーブルを照らし合わせ、その共振周波数が一致した条件で判定してもよいし、共振周波数と反射電力のレベルが共に一致したときを判定条件としてもよい。
【００３９】
このように、被加熱物７が載置されていない状態の周波数特性を制御部８が記憶し、加熱開始時に測定する周波数特性と記憶している周波数特性との一致を確認することによって、加熱室６内に被加熱物７の有無を確認することができ、加熱室６内に被加熱物７が載置されていない無負荷状態での加熱動作の実行を防止できるので、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。
【００４０】
（実施の形態２）
図４は第２の実施の形態のマイクロ波処理装置の構成図である。
【００４１】
図４において、マイクロ波の発生部は、半導体素子を用いて構成した発振部２ａ、２ｂと、発振部２ａ、２ｂの出力を２分配する電力分配部９ａおよび９ｂと、電力分配部９ａ、９ｂそれぞれの出力を増幅する半導体素子を用いて構成した電力増幅部３ａ〜３ｄと、電力増幅部３ａ〜３ｄによって増幅されたマイクロ波出力を加熱室６内に放射する給電部５ａ〜５ｄと、電力増幅部３ａ〜３ｄと給電部５ａ〜５ｄとを接続するマイクロ波伝送路にそれぞれ挿入され給電部５ａ〜５ｄから電力増幅部３ａ〜３ｄへ反射する反射電力および電力増幅部３ａ〜３ｄから給電部５ａ〜５ｄへ供給される入射電力を検出する電力検出部４ａ〜４ｄと、電力検出部４ａ〜４ｄによって検出された入射電力および反射電力によってマイクロ波処理装置を制御する制御部８とで構成している。
【００４２】
また、本発明のマイクロ波処理装置は、被加熱物を収納する略直方体構造からなる加熱室６を有し、加熱室６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７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７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、マイクロ波発生部の出力が伝送され、そのマイクロ波を加熱室６内に放射供給する給電部５ａ〜５ｄが、加熱室６を構成する壁面に配置されている。本実施の形態では、給電部５ａ〜５ｄは加熱室６の異なる壁面に配置した図を示しているが、この給電部５ａ〜５ｄの配置は本実施の形態に拘束されるものではなく例えば底面に４つの給電部５ａ〜５ｄを配置するような構成であってもかまわないし、左右の壁面に配置する構成であってもかまわない。
【００４３】
電力増幅部３ａ〜３ｄは、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、各電力増幅部３ａ〜３ｄ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。
【００４４】
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。
【００４５】
電力分配部９ａおよび９ｂは、例えばウィルキンソン型分配器のような出力間に位相差を生じない同相分配器であってもよいし、ブランチライン型やラットレース型のような出力間に位相差を生じる分配器であってもかまわない。この電力分配部９ａ、９ｂによって、各々の出力には発振部２ａ、２ｂから入力されたマイクロ波電力の略１／２の電力が伝送される。
【００４６】
また、位相可変部１０ａ〜１０ｄは、印加電圧に応じて容量が変化する容量可変素子を用いて構成し、各々の位相可変範囲は、０度から略１８０度の範囲としている。これによって位相可変部１０ａ〜１０ｄより出力されるマイクロ波電力の位相差は０度から±１８０度の範囲を制御することができる。
【００４７】
また、電力検出部４ａ〜４ｄは、加熱室６側から電力増幅部（３ａ〜３ｄ）側にそれぞれ伝送する反射波の電力いわゆる反射電力および電力増幅部（３ａ〜３ｄ）側から加熱室６側に伝送するいわゆる入射電力を抽出するものであり、電力結合度を例えば約−４０ｄＢとし、反射電力の約１／１００００の電力量を抽出する。この電力信号はそれぞれ、検波ダイオード（図示していない）で整流化し、コンデンサ（図示していない）で平滑処理し、その出力信号を制御部８に入力させている。
【００４８】
制御部８は、使用者が直接入力する被加熱物７の加熱条件あるいは加熱中に被加熱物７の加熱状態から得られる加熱情報と、電力検出部４ａ〜４ｄよりの検知情報とに基づいて、マイクロ波発生部の構成要素である発振部２ａおよび２ｂと電力増幅部３ａ〜３ｄのそれぞれに供給する駆動電力の制御や位相可変部１０ａ〜１０ｄに供給する電圧を制御し、加熱室６内に収納された被加熱物７を最適に加熱する。
【００４９】
また、マイクロ波発生部には主に電力増幅部３ａ〜３ｄに備えた半導体素子の発熱を放熱させる放熱手段（図示していない）を配する。
【００５０】
以上のように構成されたマイクロ波処理装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００５１】
まず、被加熱物７を加熱室６に収納し、その加熱条件を操作部（図示していない）から入力し、加熱開始キーを押す。加熱開始信号を受けた制御部８の制御出力信号によりマイクロ波発生部が動作を開始する。制御部８は、駆動電源（図示していない）を動作させて発振部２ａおよび２ｂに電力を供給する。この時、発振部２ａ、２ｂの初期の発振周波数は、たとえば２４００ＭＨｚに設定する電圧信号を供給し、発振が開始する。
【００５２】
発振部２ａ、２ｂを動作させると、その出力は電力分配部９ａ、９ｂにて各々略１／２分配され、４つのマイクロ波電力信号となる。以降、駆動電源を制御して電力増幅部３ａ〜３ｄを動作させる。
【００５３】
そして、それぞれのマイクロ波電力信号は並列動作する電力増幅部３ａ〜３ｄ、電力検知部４ａ〜４ｄを経て、給電部８ａ〜８ｄにそれぞれ出力され加熱室６内に放射される。このときの各電力増幅部３ａ〜３ｄはそれぞれ１００Ｗ未満、例えば５０Ｗのマイクロ波電力を出力する。
【００５４】
加熱室６内に供給されるマイクロ波電力が被加熱物７に１００％吸収されると、加熱室６からの反射電力は０Ｗになるが、被加熱物７の種類・形状・量が被加熱物７を含む加熱室６の電気的特性を決定し、マイクロ波発生部の出力インピーダンスと加熱室６のインピーダンスとに基づいて、加熱室６側からマイクロ波発生部側に伝送する反射電力が生じる。
【００５５】
電力検出部４ａ〜４ｄは、マイクロ波発生部側に伝送する反射電力を検出し、その反射電力量に比例した信号を検出するものであり、その検出信号を受けた制御部８は、反射電力が極小値となる発振周波数および位相差の選択を行う。この周波数、位相差の選択に対して、制御部８は、位相可変部１０ａ〜１０ｄによって生じる位相差を０度の状態で、発振部２ａおよび２ｂの発振周波数を初期の２４００ＭＨｚから、例えば１ＭＨｚピッチで高い周波数側に変化させ、周波数可変範囲の上限である２５００ＭＨｚに到達する。
【００５６】
この操作を行うことで、制御部８は発振部２ａ、２ｂの発振周波数に対する反射電力の配列を得ることができる。制御部８は、この反射電力が最も小さくなる発振部２ａ、２ｂの条件で制御するとともに、発振出力を入力された加熱条件に対応した出力が得られるように制御する。これにより、各電力増幅部３ａ〜３ｄは、それぞれ所定のマイクロ波電力を出力する。そして、それぞれの出力は、給電部５ａ〜５ｄに伝送され、加熱室６内に放射される。
【００５７】
位相可変部１０ａ〜１０ｄは加熱開始から所定の変化量で時々刻々その位相を変化させる。位相可変部１０ａ〜１０ｄによって位相を変化させることによって、加熱室６内で給電部５ａ〜５ｄが放射するマイクロ波が、干渉する位置を変化させることができるので、加熱室６内に載置された被加熱物７の位置に応じて干渉位置を制御することで、被加熱物７を均等もしくは局部的に加熱することができる。
【００５８】
このように動作することで、様々な形状・大きさ・量の異なる被加熱物７に対しても、反射電力が最も小さくなる条件で加熱を開始することができ、電力増幅部３ａ〜３ｄに備えられた半導体素子が反射電力によって過剰に発熱することを防止でき、熱的な破壊を回避することができる。
【００５９】
上述の様に被加熱物７が加熱室６内に載置されている状態における反射電力は周波数を横軸にグラフ化すると、図５（ａ）に示すような特性図となる。ここで、それぞれの電力検出部４ａ〜４ｄの検出する反射電力はそれぞれ異なっているが、４つの周波数特性を合成すると図５（ｂ）に示すような特性図となり、総合的に反射電力が最も少なくなる周波
数ｆ１’が求まる。この反射電力が最も少なくなっている周波数ｆ１’で発振部２ａ、２ｂの発振周波数を定めると、もっとも反射電力が少ない条件で被加熱物７を加熱処理することができ、非常に効率の高い加熱を実現することができる。また、この状態では反射電力が少ないため、給電部５ａ〜５ｄから電力増幅部３ａ〜３ｄに反射されてくる電力が最も少なく、電力増幅部３ａ〜３ｄの熱的なストレスも少ない条件であるため、冷却も容易であるといえる。
【００６０】
一方、加熱室６内に被加熱物７が載置されていない状態では上述と同様に周波数特性を測定すると、加熱室６は一種の空洞共振器として働くためその形状によって定まる複数の共振周波数ｆ２’、ｆ３’が存在する。このときの給電部５ａ〜５ｄから見た反射波の反射特性を図６に示す。図６は一例であり、加熱室６の形状および被加熱物を載置する載置台の形状によって観測される共振周波数の数および共振周波数は異なるものである。
【００６１】
ここで、共振周波数ｆ２’、ｆ３’においては電力検出部４ａ〜４ｄによって検出される反射電力の値は低い値を示しているが、加熱室６内に被加熱物７がないので、給電部５ａ〜５ｄから放射される電力は、加熱室６内に存在する載置台あるいは加熱室６を構成する部材によって、電力消費されることになる。特に、電子レンジなどのような用途を勘案すると、開閉扉部分には外部にマイクロ波を漏洩させないためのシール機構が必要であり、一般的な電子レンジでは樹脂部品なども使用されており、過剰な電力がこの部分に集中すると、シール機構の一部を損傷する可能性や載置台を焼損する可能性がある。
【００６２】
また、この損傷が起こると加熱室６の共振特性が変化するため、急激に給電部５ａ〜５ｄへの反射電力が増加することが容易に推定され、この場合、増加した反射電力によって、電力増幅部３ａ〜３ｄへの損傷に拡大する可能性がある。このため、加熱室６内に被加熱物７が載置されていない状態での加熱動作は、禁止とすることが望まれる。本実施の形態の制御部８は、加熱室６内に被加熱物７が載置されていない状態の反射電力の周波数特性を記憶しており、その特性が一致すると被加熱物７が載置されていないと判断し、加熱動作への移行を中止する。
【００６３】
特性が一致しているかどうかの判定は、計測した周波数特性のテーブルと記憶している周波数特性のテーブルを照らし合わせ、その共振周波数が一致した条件で判定してもよいし、共振周波数と反射電力のレベルが共に一致したときを判定条件としてもよい。計測した反射電力の周波数特性と、記憶している無負荷状態の周波数特性の比較を周波数および反射電力のレベルで比較することによって、負荷の有無を判定するように構成すると、負荷が載置されている状態で偶然共振周波数が一致した場合の誤判定を回避できる確率を高めることができるので、より被加熱物７の有無の判定の確度を高めることができる。
【００６４】
このように、被加熱物７が載置されていない状態の周波数特性を制御部８が記憶し、加熱開始時に測定した周波数特性と記憶している周波数特性との一致を確認することによって、加熱室６内に被加熱物７の有無を確認することができ、マイクロ波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。
【００６５】
また、本実施の形態では発振部は２ａ、２ｂの２つを持つ構成で図示しているが、発振部を１つで構成し、電力分配部を４分配する構成にてマイクロ波発生部を構成してもよいし、給電部の数が２つあるいは３つの様に実施の形態で説明した４つ以外の構成であっても発明の効果は変わらない。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように、本発明にかかるマイクロ波処理装置は、負荷がない状態での共振特性を記憶し、加熱開始時に測定する反射電力の周波数特性と記憶している無負荷の反射電力の
周波数特性とを比較することによって、負荷の有無を判定でき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】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波処理装置のブロック図
【図２】同マイクロ波処理装置の反射電力の周波数特性の一例を示す特性図
【図３】同マイクロ波処理装置において被加熱物が無い状態の反射電力の周波数特性の一例を示す特性図
【図４】本発明の実施の形態２におけるマイクロ波処理装置のブロック図
【図５】同マイクロ波処理装置の反射電力の周波数特性の一例を示す特性図（ａ）４つの電力検出部４ａ〜４ｄそれぞれの反射電力の周波数特性を示す特性図、（ｂ）４つの電力検出部４ａ〜４ｄの反射電力を合成した周波数特性を示す特性図
【図６】同マイクロ波処理装置において被加熱物が無い状態の反射電力の周波数特性の一例を示す特性図（ａ）４つの電力検出部４ａ〜４ｄそれぞれの反射電力の周波数特性を示す特性図、（ｂ）４つの電力検出部４ａ〜４ｄの反射電力を合成した周波数特性を示す特性図
【符号の説明】
【００６８】
２  発振部
３  電力増幅部
４  電力検出部
５  給電部
６  加熱室
７  被加熱物
８  制御部
【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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