(57)【要約】【課題】テーブル、アンテナ、位相器の回転機構などを用いない簡易的な構造で被加熱物の状態に依存せずに被加熱物を効率良く、均一に加熱すること。【解決手段】導波管１０６内を伝送するマイクロ波を、加熱室１０３へのマイクロ波放射のエネルギー源としての定在波状態として均質配置し、この定在波からマイクロ波を放射するための複数のマイクロ波放射部１０８を配することで被加熱物に均一加熱を提供した上で、反射量検出手段１０９により終端部１０７で反射されたマイクロ波量を検出して被加熱物１０２のマイクロ波吸収量を推定し、被加熱物１０２のマイクロ波吸収量に合わせた加熱制御を行うことで、被加熱物１０２状態に依存せずに均一加熱を実現できる。【選択図】図１
2014072117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を入れる加熱室と、
前記被加熱物を載置する載置部と、
前記加熱室にマイクロ波を供給するためのマイクロ波供給手段と、
前記マイクロ波供給手段から供給されるマイクロ波を前記加熱室へ伝送するための導波管と、
前記導波管内を通るマイクロ波を反射させ前記導波管内に定在波を発生させるための終端部と、
前記終端部により反射されたマイクロ波量を検出する反射量検出手段と、
前記導波管内を通るマイクロ波を前記加熱室へ放射するための複数のマイクロ波放射部と、
前記反射量検出手段を用いて前記被加熱物の状態を判断し前記マイクロ波供給手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項２】
前記反射量検出手段は、前記終端部により発生する定在波の腹近傍におけるマイクロ波量を検出するように構成されることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項３】
前記反射量検出手段は、前記マイクロ波供給手段と前記マイクロ波供給手段に最も近い前記マイクロ波放射部の間に存在する定在波の腹近傍と、前記終端部と前記終端部に最も近い前記マイクロ波放射部の間に存在する定在波の腹近傍を検出するよう構成されることを特徴とする請求項２記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項４】
前記終端部と前記反射量検出手段の距離は、管内波長の４分の１の奇数倍となるように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項５】
前記反射量検出手段により得られるマイクロ波反射量の変化を捉えることで前記被加熱物の冷凍状態を検出する冷凍状態検出手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項６】
前記反射量検出手段により得られるマイクロ波反射量の変化を捉えることで前記被加熱物の負荷量を検出する負荷量検出手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項７】
前記マイクロ波放射部が、円偏波を放射する形状となっていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項８】
前記反射量検出手段は温度センサからなり、前記終端部により発生する定在波の腹近傍における温度変化を検出するように構成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子レンジ等のマイクロ波加熱装置に関し、特にマイクロ波放射部の構造に特徴を有するマイクロ波加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波により被加熱物を加熱処理するマイクロ波加熱装置の代表的な装置としては、電子レンジがある。電子レンジにおいては、マイクロ波供給手段において発生したマイクロ波が金属製の加熱室の内部に放射され、加熱室内部の被加熱物が放射されたマイクロ波により加熱処理される。
【０００３】
従来の電子レンジにおけるマイクロ波供給手段としては、マグネトロンが用いられている。マグネトロンにより生成されたマイクロ波は、導波管を介して加熱室内部に放射される。加熱室内部におけるマイクロ波の電磁界分布が不均一であると、被加熱物を均一にマイクロ波加熱することができない。
【０００４】
被加熱物を均一に加熱する手段として、被加熱物を載置するテーブルを回転させて被加熱物を回転させる構造、被加熱物を固定してマイクロ波を放射するアンテナを回転させる構造、または位相器によってマイクロ波供給手段から発生するマイクロ波の位相を変化させる構造を有するマイクロ波加熱装置が一般的であった。
【０００５】
例えば、従来のマイクロ波加熱装置では、導波管内部に回転アンテナ、アンテナシャフトなどが配置されており、アンテナモータによって回転アンテナを回転させながらマグネトロンを駆動することで、加熱室内のマイクロ波分布の不均一さを低減している。
【０００６】
また、特許文献１に記載されているように、マグネトロンの上部に回転可能なアンテナを設け、該回転アンテナの羽根に送風ファンからの冷却風をあてることにより、該送風ファンの風力でアンテナを回転させ、加熱室内のマイクロ波分布を変化させているマイクロ波加熱装置が提案されている。
【０００７】
一方、マイクロ波加熱による被加熱物の不均一加熱の低減と共にコストダウンおよび給電部の省スペース化を図った特許文献２に記載されているように、円偏波を加熱室内部に放射する単一のマイクロ波放射部を有したマイクロ波加熱装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−０６４０９３号公報
【特許文献２】米国特許第４３０１３４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来の構成の電子レンジのようなマイクロ波加熱装置では、なるべく簡易的な構造で、被加熱物を効率良く、ムラ無く加熱することが求められているが、これまで提案されていた構造では種々の課題があった。
【００１０】
また、マイクロ波加熱装置、特に電子レンジは、高出力化の技術開発が進み、国内では定格高周波出力１０００Ｗが商品化されている。電子レンジは、熱伝導によって食品を加熱するのではなく、誘電加熱を用いて直接食品を加熱できる利便性が商品の大きな特徴で
あるが、不均一加熱が未解決の中での高出力化は不均一加熱の課題をより顕在化させることになる。
【００１１】
従来のマイクロ波加熱装置が抱える構造上の課題としては、下記の２点のことが挙げられる。
【００１２】
１点目は、不均一加熱を低減するためにテーブルまたはアンテナを回転させる機構を必要としており、このため回転スペースおよびテーブルまたはアンテナを回転させるモータなどの設置スペースを確保しなければならず、電子レンジの小型化を阻害していたことである。
【００１３】
２点目は、テーブルまたはアンテナを安定的に回転させるために、該回転アンテナを加熱室の上部又は下部に設ける必要があり、構造が制限されていたことである。
【００１４】
マイクロ波加熱装置におけるマイクロ波照射室内にテーブルまたは位相器の回転機構などを設置することは信頼性を下げる。よって、これら機構を不要とするマイクロ波加熱装置が要求されている。
【００１５】
また、マイクロ波加熱による被加熱物の不均一加熱の低減と共に、コストダウンおよび給電部の省スペース化を図った特許文献２に記載されているような、円偏波を加熱室内部に放射する単一のマイクロ波放射部を有したマイクロ波加熱装置については、回転機構を有していないという利点はあるが、マイクロ波加熱による十分な均一加熱が実現されていないことが課題である。
【００１６】
本発明は前記従来の課題を解決するものであり、回転機構を用いないで、被加熱物の状態に依存せずに被加熱物を均一にマイクロ波加熱させることができるマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。
【００１７】
なお、マイクロ波加熱装置が利用するマイクロ波帯（２４５０ＭＨｚ帯）の周波数を用いた加熱においては、氷と水の誘電率および誘電損失角の違いから、水はマイクロ波放射に応じてマイクロ波を吸収するため加熱可能であるが、氷は水に較べてマイクロ波吸収量が非常に少なく加熱しにくいことが一般的に知られている。したがって、例えば被加熱物が大きな質量を持った冷凍物であった場合、被加熱物に対しマイクロ波を均一に放射しても、たまたま早く溶けた部分ができると、溶けた部分が水負荷となることから加熱が集中し、集中で得られたエネルギーでその周辺が広く溶けて大きな水負荷になり更なる集中を招く現象が発生してしまう。一方で、集中しない部分は、０度以下の冷凍物の塊のまま残ることから温度差が格段に大きくなってしまう。よって、大きな質量を持った冷凍物を均一加熱するためには、凍結領域が少なくなるまでの間、加熱集中を防ぎ融解を促進するような加熱制御が必要となる。また、被加熱物が加熱されにくい冷凍物であることと、被加熱物が小さい負荷であることは、マイクロ波吸収量が少ないという観点では同一であるため、質量の大きい冷凍された被加熱物と負荷量の小さい被加熱物は区別して加熱することも必要となる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記従来の課題を解決するために、導波管内を伝送するマイクロ波を、加熱室へのマイクロ波放射のエネルギー源としての定在波状態として均質配置し、この定在波からマイクロ波を放射するための複数のマイクロ波放射部を配することで被加熱物に均一加熱を提供する。ここで、反射量検出手段により終端部で反射されたマイクロ波量を検出して被加熱物のマイクロ波吸収量を推定し、被加熱物状態に合わせた加熱制御を行うことで、被加熱物状態に依存せずに被加熱物の均一加熱を実現することができる。
【００１９】
また、反射量検出手段を、終端部により発生する定在波の腹近傍におけるマイクロ波量を検出するように構成することで、マイクロ波反射量の検出感度を高くすることができる。
【００２０】
また、反射量検出手段を２つとし、マイクロ波供給手段とマイクロ波供給手段に最も近いマイクロ波放射部の間に存在する定在波の腹近傍と、終端部と終端部に最も近いマイクロ波放射部の間に存在する定在波の腹近傍にてマイクロ波反射量を検出するよう構成されることで、より精度良くマイクロ波反射状態を検出することができる。
【００２１】
また、終端部と反射量検出手段の距離は、管内波長の４分の１の奇数倍となるように構成することで、反射量検出手段の検出位置と反射量検出感度最大点の一致度をより高めることができる。
【００２２】
また、反射量検出手段により得られるマイクロ波反射量の変化を捉え、反射量の減少度合（冷凍物の融解でマイクロ波吸収量が増え反射量が減る度合）を確認することにより、被加熱物の冷凍状態を検出することができる。
【００２３】
また、反射量検出手段により得られるマイクロ波反射量の変化を捉え、反射量の変化が少ないことを確認することにより、被加熱物の負荷量を検出することができる。
【００２４】
また、マイクロ波放射部が、円偏波を放射する形状となっていることにより、加熱室内へのマイクロ波放射をより均一にすることができる。
【００２５】
また、反射量検出手段として、反射量増加により導波管の壁面損失が増加する現象を温度センサによって捉えることで、安価に反射量検出を行うことができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、導波管内を伝送するマイクロ波を、加熱室へのマイクロ波放射のエネルギー源としての定在波状態として均質配置し、この定在波からマイクロ波を放射するための複数のマイクロ波放射部を配することで被加熱物に均一加熱を提供した上で、反射量検出手段により終端部で反射されたマイクロ波量を検出して被加熱物のマイクロ波吸収量を推定し、被加熱物状態に合わせた加熱制御を行うことで、被加熱物状態に依存せずに被加熱物の均一加熱を実現するマイクロ波加熱手段を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の断面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の斜視図
【図３】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の定在波と反射量検出手段の関係説明図
【図４】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の導波管内のマイクロ波状態の説明図
【図５】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の制御手段の動作フロー説明図
【図６】本発明の実施の形態１における反射量検出手段を２つ設ける場合のマイクロ波加熱装置の断面図
【図７】本発明の実施の形態１における反射量検出手段に温度センサを用いた場合のマイクロ波加熱装置の断面図
【図８】本発明の実施の形態２におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部を示す関係説明図
【図９】本発明の実施の形態２におけるマイクロ波加熱装置のマイクロ波放射部を示す関係説明図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
第１の発明は、被加熱物を入れる加熱室と、前記被加熱物を載置する載置部と、前記加熱室にマイクロ波を供給するためのマイクロ波供給手段と、前記マイクロ波供給手段から供給されるマイクロ波を前記加熱室へ伝送するための導波管と、前記導波管内を通るマイクロ波を反射させ前記導波管内に定在波を発生させるための終端部と、前記終端部により反射されたマイクロ波量を検出する反射量検出手段と、前記導波管内を通るマイクロ波を前記加熱室へ放射するための複数のマイクロ波放射部と、前記反射量検出手段を用いて前記被加熱物の状態を判断しマイクロ波供給手段を制御する制御手段を備えたマイクロ波加熱装置とすることにより、導波管内を伝送するマイクロ波を、加熱室へのマイクロ波放射のエネルギー源としての定在波状態として均質配置し、この定在波からマイクロ波を放射するための複数のマイクロ波放射部を配することで被加熱物に均一加熱を提供する。ここで、反射量検出手段により終端部で反射されたマイクロ波量を検出して被加熱物のマイクロ波吸収量を推定し、被加熱物状態に合わせた加熱制御を行うことで、被加熱物状態に依存せずに被加熱物の均一加熱を実現することができる。
【００２９】
第２の発明は、特に、第１の発明において、前記反射量検出手段が、前記終端部により発生する定在波の腹近傍におけるマイクロ波量を検出するように構成されるマイクロ波加熱装置とすることにより、マイクロ波反射量の検出感度を高くすることができる。
【００３０】
第３の発明は、特に、第２の発明において、前記反射量検出手段が、前記マイクロ波供給手段と前記マイクロ波供給手段に最も近い前記マイクロ波放射部の間に存在する定在波の腹近傍と、前記終端部と前記終端部に最も近い前記マイクロ波放射部の間に存在する定在波の腹近傍を検出するよう構成されるマイクロ波加熱装置とすることにより、より精度良くマイクロ波反射状態を検出することができる。
【００３１】
第４の発明は、特に第１〜３のいずれか１つの発明において、前記終端部と前記反射量検出手段の距離が、管内波長の４分の１の奇数倍となるように構成されているマイクロ波加熱装置とすることにより、反射量検出手段の検出位置と反射量検出感度最大点の一致度をより高めることができる。
【００３２】
第５の発明は、特に第１〜４のいずれか１つの発明において、前記反射量検出手段により得られるマイクロ波反射量の変化を捉えることで前記被加熱物の冷凍状態を検出する冷凍状態検出手段を備えたマイクロ波加熱装置とすることにより、被加熱物の冷凍状態を検出することができる。
【００３３】
第６の発明は、特に第１〜５のいずれか１つの発明において、前記反射量検出手段により得られるマイクロ波反射量の変化を捉えることで前記被加熱物の負荷量を検出する負荷量検出手段を備えたマイクロ波加熱装置とすることにより、被加熱物の負荷量を検出することができる。
【００３４】
第７の発明は、特に第１〜６のいずれか１つの発明において、前記マイクロ波放射部が、円偏波を放射する形状となっているマイクロ波加熱装置とすることにより、加熱室内へのマイクロ波放射をより均一にすることができる。
【００３５】
第８の発明は、特に第１〜７のいずれか１つの発明において、前記反射量検出手段が温度センサからなり、前記終端部により発生する定在波の腹近傍における温度変化を検出するように構成されるマイクロ波加熱装置とすることにより、反射量増加により導波管の壁
面損失が増加する現象を温度センサによって捉えることで、安価に反射量検出を行うことができる。
【００３６】
以下、本発明に係るマイクロ波加熱装置の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態のマイクロ波加熱装置においては電子レンジについて説明するが、電子レンジは例示であり、本発明のマイクロ波加熱装置は電子レンジに限定されるものではなく、誘電加熱を利用した加熱装置、生ゴミ処理機、あるいは半導体製造装置などのマイクロ波加熱装置を含むものである。また、本発明は、以下の実施の形態の具体的な構成に限定されるものではなく、同様の技術的思想に基づく構成が本発明に含まれる。
【００３７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の断面図である。図１において、１０１は筐体、１０２は被加熱物、１０３は被加熱物１０２を入れる加熱室、１０４は被加熱物１０２を載置する載置部、１０５は加熱室１０３にマイクロ波を供給するためのマイクロ波供給手段、１０６はマイクロ波供給手段１０５から供給されるマイクロ波を加熱室１０３へ伝送するための導波管、１０７は導波管１０６内を通るマイクロ波を反射させ導波管１０６内に定在波を発生させるための終端部、１０８は導波管１０６内を通るマイクロ波を加熱室１０３へ放射するための複数のマイクロ波放射部、１０９は反射量検出手段、１１０は制御手段、１１１は冷凍状態検出手段、１１２は負荷量検出手段、１１３は定在波である。なお、載置部１０４にはガラス板、マイクロ波供給手段１０５にはマグネトロン、導波管１０６には方形導波管、マイクロ波放射部１０８には導波管１０６に設けた開口部、反射量検出手段１０９には電界強度を測定するためのアンテナと電界強度を制御手段が認識可能な情報に変換する変換回路、制御手段１１０、冷凍状態検出手段１１１、負荷量検出手段１１２にはマイクロコンピュータを用いることでこの構成を容易に実現できる。
【００３８】
図２は実施の形態１におけるマイクロ波加熱装置の斜視図である。図２において２０１は被加熱物１０２を加熱室１０３へ出し入れするための扉である。
【００３９】
図３（ａ）は導波管１０６の概略斜視図、図３（ｂ）は導波管１０６の側面図、図３（ｃ）は導波管上面のマイクロ波放射部の概略図である。ここでは、マイクロ波放射部１０８を導波管１０６上部に設けた開口とし、導波管１０６内に存在するマイクロ波を加熱室１０３へ放射する構成として説明を行う。
【００４０】
説明の流れとして、まずはマイクロ波加熱装置の概略動作の説明を行った後、詳細説明として、導波管１０６内の定在波の在り方についての説明、被加熱物１０２の状態検出についての説明を行う。なお状態検出動作については、制御手段１１０による加熱制御の動作フローについても説明を行う。
【００４１】
最初にマイクロ波加熱装置の概略動作の説明を行う。使用者により加熱室１０３内の載置部１０４上に被加熱物１０２が置かれ、加熱開始指示が行われると、制御手段１１０はマイクロ波供給手段１０５であるマグネトロンから導波管１０６内にマイクロ波を供給し、終端部１０７で反射させることで図３に示すように加熱室１０３下の導波管１０６内にマイクロ波の定在波１１３を形成する（詳細内容は後述）。ここでマイクロ波供給源として形成された定在波１１３からマイクロ波放射部１０８により、加熱室１０３内にマイクロ波を放射することで、マイクロ波加熱装置は被加熱物１０２の加熱を行うことができる。この時、マイクロ波放射部１０８が加熱室１０３中央に対称となるよう配置され、複数の定在波安定手段がマイクロ波放射部１０８の放射エネルギー源となる定在波１１３の節に配置されるよう構成することで、マイクロ波放射のエネルギー源として安定配置された
定在波１１３から対称性をもってマイクロ波加熱を行うことができる。制御手段１１０はマイクロ波加熱中、反射量検出手段１０９の検出値を取得し、反射量検出手段１０９からの取得値を冷凍状態検出手段１１１および負荷量検出手段１１２に引き渡す。冷凍状態検出手段１１１および負荷量検出手段１１２は、反射量検出手段１０９の検出値から被加熱物１０２の状態判断を行い、被加熱物１０２状態判断結果を制御手段１１０に通知する。制御手段１１０は通知された判断結果を基に、被加熱物１０２が単なる軽負荷であれば通常加熱を継続するが、冷凍状態判断が通知された場合は解凍を促進するように間欠的な加熱動作を行い被加熱物１０２の加熱が均一に行われるよう加熱制御を行う（詳細内容は後述）。また、軽負荷の場合は、過加熱を防ぐために必要に応じて加熱量の制限を行う。
【００４２】
次に、詳細動作について説明として、まず定在波１１３の在り方の説明を行う。図３に示すような終端部１０７を備えた導波管１０６をマイクロ波が伝送する場合、マイクロ波伝送方向３０２に定在波１１３が形成される。導波管１０６は終端部１０７で閉じられているため、終端部１０７における振幅は０に固定される。図１のようなマイクロ波供給手段１０５の供給側は、図３（ｂ）に示すように振幅最大値を示す自由端となるため、導波管１０６内に発生する定在波の波長は、図４におけるマイクロ波伝送方向３０２の長さであるｃ（マイクロ波供給手段１０５から終端部１０７までのマイクロ波伝送距離）と、定在波モードを示す自然数ｓを用いて、下記の（数１）により簡易的に演算することができる。
【００４３】
【数１】
2014072117.tif 000003
【００４４】
例えばマイクロ波伝送方向３０２の長さｃを３４６ｍｍとして上記の（数１）を適用すると、定在波波長λｎ、定在波の間隔（λｎ／２）はそれぞれ下記の（表１）のようになる。
【００４５】
【表１】
2014072117.tif 000004
【００４６】
ここで導波管１０６内に存在する定在波は、マイクロ波供給手段１０５が供給する発振周波数が基になった波である。したがって、導波管１０６内に存在する定在波数は、導波管１０６内を伝送する波が呈する状態をとるのが自然な在り方であり、最も存在し易い状態となる。導波管１０６内を伝送する波の波長λｇは、マイクロ波供給手段１０５の波長をλ（λ＝（光速）／（発振周波数）、導波管１０６の遮断波長をλｃ（λｃ＝２×ａ：
ａは導波管幅）、下記の（数２）のように表される。
【００４７】
【数２】
2014072117.tif 000005
【００４８】
マイクロ波供給手段１０５の発振周波数が２．４６［ＧＨｚ］、導波管１０６の幅が１００［ｍｍ］である場合、上記の（数２）に代入するとλｇ＝１５３．８６［ｍｍ］となるため、前記の（表１）よりｓ＝５で、定在波間隔（λｎ／２）が７６．９［ｍｍ］となる図３（ｂ）に示すような定在波が存在することになる。ただし、現実の導波管１０６でマイクロ波供給部の入口の状況や終端部１０７の状態が理想状態とならない場合は演算値の前後の状態も取り得るため（この場合はｓ＝４、ｓ＝６）、現実の正確な管内定在波の波長は導波管１０６内の振幅を実測するのが確実である。
【００４９】
なお、既述のように、マイクロ波放射部１０８からマイクロ波が放射された後も導波管１０６内に発生する定在波が安定して存在するためには、定在波波長λｎが、導波管１０６内を伝送する波が呈する状態、すなわち管内波長λｇと同一の値をとる状態とすれば、伝送時も定在時も同一波長であるため、状態の不調和を発生させない最も安定した状態であると言える。したがって、マイクロ波伝送方向３０２の長さであるｃ（マイクロ波供給手段１０５から終端部１０７までのマイクロ波伝送距離）を決定する際は、（数１）を変形して得られる下記の（数３）において、λには管内波長λｇ（≒λｎ：本実施の形態の場合は１５３．８６［ｍｍ］）、ｓには導波管１０６内に存在して欲しい定在波状態（本実施の形態の場合はｓ＝５）を代入することで、マイクロ波放射部１０８からマイクロ波放射が行われても定在波を安定して維持することができる条件を作り出すことが可能となる。
【００５０】
【数３】
2014072117.tif 000006
【００５１】
次に被加熱物１０２の状態検出について説明を行う。まず、被加熱物１０２の状態検出として冷凍状態検出手段１１１および負荷量検出手段１１２を用いて被加熱物状態検出を行う意味について説明する。マイクロ波加熱装置が利用するマイクロ波帯（２４５０ＭＨｚ帯）の周波数を用いた加熱においては、氷と水の誘電率および誘電損失角の違いから、水はマイクロ波放射に応じてマイクロ波を吸収するため加熱可能であるが、氷は水に較べてマイクロ波吸収量が非常に少なく加熱しにくいことが一般的に知られている。したがって、例えば被加熱物が大きな質量を持った冷凍物であった場合、被加熱物に対しマイクロ波を均一に放射しても、たまたま早く溶けた部分ができると、溶けた部分が水負荷となることから加熱が集中し、集中で得られたエネルギーでその周辺が広く溶けて大きな水負荷になり更なる集中を招く現象が発生してしまう。一方で、集中しない部分は、０度以下の冷凍物の塊のまま残ることから温度差が格段に大きくなってしまう。よって、大きな質量を持った冷凍物を均一加熱するためには、凍結領域が少なくなるまでの間、加熱集中を防
ぎ融解を促進するような加熱制御が必要となる。また、被加熱物が加熱されにくい冷凍物であることと、被加熱物が小さい負荷であることは、マイクロ波吸収量が少ないという観点では同一であるため、質量の大きい冷凍された被加熱物と負荷量の小さい被加熱物は区別して加熱することも必要となる。
【００５２】
図４にλｇベースの定在波が形成されている状態における、反射量検出手段１０９の配置および被加熱物状態による導波管１０６内における電界強度の分布を示す。ここで、図４（ａ）はλｇベースの定在波の状態説明図、図４（ｂ）は被加熱物１０２が標準的な負荷（例えば直径１９ｃｍ程度の円筒ガラス容器に入った１０００ｇの水）の場合の電界強度分布、図４（ｃ）は被加熱物１０２が冷凍状態である場合の導波管１０６内の電界強度分布、図４（ｄ）は被加熱物１０２が軽負荷（例えば１００ｇの水）である場合の電界強度分布である。この図から明らかなように、管内波長λｇの４分の１（λｇ／４）の奇数倍位置には定在波の腹が存在するため、反射量検出手段１０９を管内波長λｇの４分の１（λｇ／４）の概奇数倍位置に置くことで、反射量検出手段１０９の検出位置と反射量検出感度最大点の一致度をより高めることができる。また、この図４にあるように、マイクロ波供給手段１０５とマイクロ波供給手段１０５に最も近いマイクロ波放射部１０８の間に存在する腹位置（図４では終端部１０７から（λｇ／４）の７倍離れた位置）に反射量検出手段１０９を置くと、マイクロ波放射部１０８から放射の影響を排除した電界強度を観測できるため、大振幅かつ安定した状態でマイクロ波の反射量を観測することができる。なお、テーブルやアンテナが回転する加熱方式をとる従来のマイクロ波加熱装置においては、進行波としてのマイクロ波が被加熱物への吸収量を常に変化させつつマイクロ波加熱を継続するため、図４に示すような安定した反射量検出場所が存在せず、反射量検出を正しく行うことができない。また、安定した反射量検出を行うために、テーブルやアンテナを停止させると、反射量検出は自体は安定するが取得している反射量が適切なポイントかどうか不明な上に、均一加熱性を無視して初期加熱を行うことになり、被加熱物１０２の均一加熱を行うための適切な加熱状態を保つことができず、特に被加熱物１０２が冷凍物であった場合は著しい不均一加熱を行うことに繋がってしまう。
【００５３】
図４（ｂ）に示すように、被加熱物１０２が標準的な負荷（例えば１０００ｇの水）の場合、マイクロ波供給手段１０５から供給されたマイクロ波は、被加熱物１０２に吸収されるため、終端部１０７で反射され再びマイクロ波供給手段１０５へ戻るマイクロ波は少なくなる。反射量検出手段１０９で観測される電界強度は、マイクロ波供給手段１０５から供給されるマイクロ波と終端部１０７で反射されて戻ってきたマイクロ波の合成波であるため、マイクロ波吸収量が多い負荷の場合は反射量検出手段１０９の検出値は低くなる。
【００５４】
また、図４（ｃ）、図４（ｄ）に示すように、被加熱物１０２が冷凍状態である場合と軽負荷である場合は反射量検出手段１０９の検出値は小さい値となる。ただし、被加熱物１０２が冷凍状態である場合は、時間の経過およびエネルギーの投入により融解が進み、図４（ｂ）の標準的な負荷状態に移行していくため、マイクロ波加熱実行中に反射量検出手段１０９が検出する電界強度は、時間の経過とともに小さくなっていくことになる。このような理由から、冷凍状態検出手段１１１は、時間の経過と共に反射量検出手段１０９が検出する電界強度変化を反射量の減少度として観測することで被加熱物１０２の冷凍状態を検出することができる。冷凍状態検出手段１１１が被加熱物１０２の状態を冷凍状態であると認識している間は、制御手段１１０がマイクロ波供給手段１０５を間欠動作（例えば５秒加熱実行、３秒加熱停止の繰り返し）させることで、早期融解部分に過剰なエネルギーを吸収させず、かつ、加熱停止中に吸収したエネルギーを熱伝導により周囲の冷凍領域に伝えることができるため、冷凍状態の被加熱物１０２の融解を促進することができる。
【００５５】
また、被加熱物１０２が軽負荷であった場合、反射量検出手段１０９の検出値は、被加熱物１０２がエネルギーを吸収することで水分が蒸発してマイクロ波吸収量が減少し、更に反射量検出値が大きくなることはあっても、冷凍状態の場合のように時間変化にともなって反射量検出値が小さくなることはなく、反射量検出値が大きい状態を保つ。したがって、負荷量検出手段１１２は反射量検出の検出値で負荷の大きさを確認すると共に、時間経過によって変化が少ないことを確認することで軽負荷であることを確定することができる。また、軽負荷の場合は長時間加熱を継続すると水分が完全に蒸発した部分が過加熱になるため、被加熱物１０２が軽負荷であることを負荷量検出手段１１２が確定した時は、所定時間（例えば３分）加熱した後に制御手段１１０がマイクロ波供給手段１０５から供給するエネルギーを少なくすることで被加熱物１０２の局所過加熱を防止し均一加熱を実現することができる。
【００５６】
図５に被加熱物１０２の状態検出を行う制御手段１１０の動作フローを示す。使用者の指示で加熱が開始されると、制御手段１１０は加熱開始時の反射量検出手段１０９の反射量検出値を初期反射量として取得する（ステップ１）。ここで、取得した初期反射量が軽負荷または冷凍物であることを示す軽負荷レベル（例えば１００ｇの水より小さい負荷に相当する反射量）にあるか否かを判断し、反射量検出値が軽負荷レベル以上でない場合は被加熱物１０２にマイクロ波が充分に吸収されマイクロ波反射量検出値が少ない状態であるとみなして状態検出を終了し、軽負荷である場合は状態検出を継続する（ステップ２）。次に制御手段１１０は、所定時間（例えば６０秒）の加熱継続を行った後（ステップ３）、冷凍状態検出手段１１１および負荷量検出手段１１２を用いて反射量検出手段１０９の反射量検出値を初期反射量と比較することで被加熱物１０２の状態変化を確認する（ステップ４）。
【００５７】
被加熱物１０２が冷凍物ではなく軽負荷であった場合、反射量検出手段１０９で検出される反射量検出値は、（ステップ１）で取得した初期反射量と同等であるか、加熱で水分を失うことで更に被加熱物１０２でのマイクロ波吸収量が減少し反射量検出値が増加する。負荷量検出手段１１２は、この判断基準を元に被加熱物１０２が軽負荷であるか否かを判断し制御手段１１０に伝える。軽負荷であった場合は、マイクロ波加熱によるエネルギー投入を長時間継続すると軽い負荷に過剰なエネルギーを与え続けることになってしまうため、加熱時間が所定時間継続（例えば２分）しているかどうかを確認し（ステップ５）、所定時間継続（例えば２分）の場合はマイクロ波加熱に用いる電力を所定量減らし（例えば３割減）、被加熱物１０２が水分を完全に失うほど加熱され局所過加熱となることを防ぐ（ステップ６）。
【００５８】
一方、被加熱物１０２が冷凍物であった場合、所定時間経過により冷凍領域の融解が進み、被加熱物１０２のエネルギー吸収量が増加することで、反射量検出手段１０９で検出される反射量は、（ステップ１）で取得した初期反射量より少なくなる。冷凍状態検出手段１１１は、この判断基準を元に被加熱物１０２が冷凍物であるか否かを判断し制御手段１１０に伝える。制御手段１１０はマイクロ波供給手段１０５を間欠動作（例えば５秒加熱実行、３秒加熱停止の繰り返し）させることで、早期融解部分に過剰なエネルギーを吸収させず、かつ、吸収したエネルギーを熱伝導により周囲の冷凍領域に伝え、冷凍状態の被加熱物１０２の融解を促進する（ステップ７）。融解を促進する間欠動作を所定時間（例えば３０秒）継続した後に（ステップ８）、冷凍状態検出手段１１１が反射量減少状態を判断し（ステップ９）、まだ冷凍状態であれば融解促進用の間欠加熱を継続し、被加熱物１０２の冷凍領域の融解が進み反射量が減少すれば制御手段１１０に伝え通常加熱に移行し（ステップ１０）、被加熱物１０２の状態検出を終了する。
【００５９】
以上のように、（ステップ１）〜（ステップ１０）の動作を行うことで、制御手段１１０は被加熱物１０２の均一加熱を提供することができる。なお、使用者の手動による指示
で加熱停止が指示された場合や、使用者により予め指示されていた加熱継続時間が経過した場合には、制御手段１１０は割り込み処理により図５の状態検出フローを終了すると同時に、マイクロ波供給手段１０５からのマイクロ波供給を停止する。
【００６０】
なお、図６に示すように、反射量検出手段１０９に加え、終端部１０７と終端部１０７に最も近いマイクロ波放射部１０８の間に存在する定在波１１３の腹近傍にてマイクロ波反射量を検出する終端部反射量検出手段６０１を設け、反射量検出手段１０９の反射量検出精度を向上させても良い。なお、終端部反射量検出手段６０１には反射量検出手段１０９と同様に電界強度を測定するためのアンテナと電界強度を制御手段１１０が認識可能な情報に変換する変換回路を用いることでこの構成を容易に実現できる。反射量検出手段１０９および終端部反射量検出手段６０１のように反射量の検出手段を複数とすることで、被加熱物１０２が図４（ｃ）および図４（ｄ）に現れているような冷凍物や軽負荷の場合に、マイクロ波供給手段１０５とマイクロ波供給手段１０５に最も近いマイクロ波放射部１０８の間に存在する定在波１１３の腹近傍における電界強度が大きくなると同時に、終端部１０７と終端部１０７に最も近いマイクロ波放射部１０８の間に存在する定在波１１３の腹近傍における電界強度が小さくなる現象を同時に観測することができる。なお、終端部反射量検出手段６０１における定在波１１３の電界強度が小さくなるのは、マイクロ波放射部１０８から放射されるマイクロ波が被加熱物１０２に吸収されない場合、加熱室１０３に放射されたマイクロ波は加熱室１０３と導波管１０６を合わせた空間で共振状態を形成するため、導波管１０６内のみの空間にマイクロ波が閉じこめられた状態よりも広い空間にマイクロ波が分布する状態で電界強度を検出することになるためである。
【００６１】
また、図７に示すように、反射量検出手段１０９と同じ位置における導波管１０６外壁に、反射量検出手段１０９の代替検出手段として温度センサ７０１を設けても良い。このように温度センサ７０１を用いて反射量の検出手段を構成し、反射量増加により定在波１１３が大きくなる現象を電界強度として直接的に捉える代わりに、定在波１１３が大きくなる現象で導波管壁に生じる壁面損失が増加し導波管１０６の壁面温度が上昇する現象として間接的に取得することで、安価に反射量検出を行うことができる。
【００６２】
以上のように、本実施の形態においては、導波管１０６内を伝送するマイクロ波を、加熱室１０３へのマイクロ波放射のエネルギー源としての定在波状態として均質配置し、この定在波１１３からマイクロ波を放射するための複数のマイクロ波放射部１０８を配することで被加熱物１０２に均一加熱を提供する。ここで、反射量検出手段１０９により終端部１０７で反射されたマイクロ波量を検出して被加熱物１０２のマイクロ波吸収量を推定し、被加熱物１０２状態に合わせた加熱制御を行うことで、被加熱物１０２の状態に依存せずに被加熱物の均一加熱を実現することができる。
【００６３】
また、反射量検出手段１０９を、終端部１０７により発生する定在波１１３の腹近傍におけるマイクロ波量を検出するように構成することで、マイクロ波反射量の検出感度を高くすることができる。
【００６４】
また、反射量の検出を、反射量検出手段１０９と終端部反射量検出手段６０１の２つとし、マイクロ波供給手段１０５とマイクロ波供給手段１０５に最も近いマイクロ波放射部１０８の間に存在する定在波１１３の腹近傍と、終端部１０７と終端部１０７に最も近いマイクロ波放射部１０８の間に存在する定在波１１３の腹近傍にてマイクロ波反射量を検出するよう構成されることで、より精度良くマイクロ波反射状態を検出することができる。
【００６５】
また、終端部１０７と反射量検出手段１０９の距離は、管内波長の４分の１の奇数倍となるように構成することで、反射量検出手段１０９の検出位置と反射量検出感度最大点の
一致度をより高めることができる。
【００６６】
また、反射量検出手段１０９により得られるマイクロ波反射量の変化を捉え、反射量の減少度合（冷凍物の融解でマイクロ波吸収量が増え反射量が減る度合）を確認することにより、被加熱物１０２の冷凍状態を検出することができる。
【００６７】
また、反射量検出手段１０９により得られるマイクロ波反射量の変化を捉え、反射量の変化が少ないことを確認することにより、被加熱物１０２の負荷量を検出することができる。
【００６８】
また、反射量検出手段１０９として、反射量増加により導波管の壁面損失が増加する現象を温度センサ７０１によって捉えることで、安価に反射量検出を行うことができる。
【００６９】
また、導波管１０６におけるマイクロ波供給手段１０５から終端部１０７までのマイクロ波伝送距離を管内波長の４分の１（λｇ／４）の整数倍とすることで、導波管内に存在し易い波長の定在波を発生させることができるため、マイクロ波放射部１０８からマイクロ波放射が行われても定在波を安定して維持することができる。
【００７０】
なお、本実施の形態ではマイクロ波放射部１０８の開口部形状を図３の形状で説明を行ったがこの開口形状に限定されるものではない。
【００７１】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２における円偏波を放射する形状をもったマイクロ波放射部１０８の配置説明図である。以下、その動作、作用を説明する。なお、図面において、（実施の形態１）と同一動作を示す部分は同一番号を付与している。また、本実施の形態における基本的な動作は（実施の形態１）と同様である。
【００７２】
本実施の形態においては、マイクロ波放射部１０８を図８に示すような円偏波を放射する形状としている。円偏波とは、移動通信および衛星通信の分野で広く用いられている技術であり、身近な使用例としては、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｔｏｌｌ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）「ノンストップ自動料金収受システム」などが挙げられる。円偏波は、電界の偏波面が電波の進行方向に対して時間に応じて回転するマイクロ波であり、円偏波を形成すると電界の方向が時間に応じて変化し続けるので、加熱室１０３内に放射されるマイクロ波の放射角度も変化し続け、時間的に電界強度の大きさが変化しないという特徴を有している。これにより、従来のマイクロ波加熱装置に用いられている直線偏波によるマイクロ波加熱と比較して、広範囲にわたってマイクロ波が分散放射されて、被加熱物を均一にマイクロ波加熱することができるようになる。特に、円偏波の周方向に対して均一加熱の傾向が強い。なお、円偏波は回転方向から右旋偏波（ＣＷ：ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ）と左旋偏波（ＣＣＷ：ｃｏｕｎｔｅｒ  ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ）の２種類に分類されるが、加熱性能に違いはない。
【００７３】
本実施の形態のマイクロ波加熱装置は、定在波１１３を利用しているが、マイクロ波放射部１０８からマイクロ波が放射され、定在波バランスがくずれた際に、再び安定した定在波に戻るまでの間は進行波が発生する。したがって、マイクロ波放射部１０８を円偏波放射形状とすることで、前記の特長を利用し、加熱室１０３内の加熱分布をより均一化することができる。なお、方形の導波管１０６に設けたマイクロ波放射部１０８から円偏波を出力するためには、図８に示すように、幅を持ったスリット２本を中央で交差させ、マイクロ波伝送方向に対し４５度傾けた形状を、導波管１０６のマイクロ波伝送方向の管軸を通らない位置に配置する必要がある。
【００７４】
以上のように、本実施の形態においては、マイクロ波放射部１０８を、円偏波を放射する形状とすることで、マイクロ波放射部から拡がりをもったマイクロ波が放射され、被加熱物１０２へのマイクロ波の放射をより広い範囲で均一化することができる。
【００７５】
なお、本実施の形態において、円偏波を放射するマイクロ波放射部１０８の形状は図８で示した形状で説明したが、形状は図８に限定されるものではなく円偏波を放射する形状であれば何でもよい。
【００７６】
また、図８は導波管軸８０１に対して対称な配置をしたマイクロ波放射部１０８を用いて説明を行ったが、図９に示すような導波管軸９０１に対し非対称な配置をしたマイクロ波放射部１０８を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上のように、本発明のマイクロ波加熱装置は、被加熱物への均一照射ができるので、食品の加熱加工や殺菌などを行うマイクロ波加熱装置などに有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１０２  被加熱物
１０３  加熱室
１０４  載置部
１０５  マイクロ波供給手段
１０６  導波管
１０７  終端部
１０８  マイクロ波放射部
１０９  反射量検出手段
１１０  制御手段
１１１  冷凍状態検出手段
１１２  負荷量検出手段
１１３  定在波
３０１  導波管内定在波腹位置
３０２  マイクロ波伝送方向
６０１  終端部反射量検出手段
７０１  温度センサ
８０１  導波管軸
９０１  導波管軸
【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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