(57)【要約】  マイクロ波加熱装置は、半導体素子を用いたマイクロ波発生部１０、マイクロ波発生部で発生したマイクロ波が給電される第１加熱室１００ａおよび第２加熱室１００ｂを備え、第１加熱室１００ａおよび第２加熱室１００ｂの少なくとも一方の加熱室からマイクロ波発生部側に戻る反射マイクロ波を循環型の非可逆回路１１８により他方の加熱室に伝送させるよう構成して、マイクロ波発生部の発生電力をほほ完全に被加熱物の加熱において消費させている。
2009157110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を発生するマイクロ波発生部、および
前記マイクロ波発生部が発生したマイクロ波がそれぞれ給電される第１加熱室と第２加熱室を備え、
前記第１加熱室および前記第２加熱室の少なくとも一方の加熱室から前記マイクロ波発生部側に戻るマイクロ波を他方の加熱室に伝送させるよう構成したマイクロ波加熱装置。
【請求項２】
前記第１加熱室が被加熱物を収納するよう構成され、
前記第１加熱室を形成する壁面の少なくとも一つの壁面における前記第１加熱室の外側面にマイクロ波吸収体が配設され、
第２加熱室が前記マイクロ波吸収体を包含し、
マイクロ波発生部が発生したマイクロ波を前記第１加熱室と第２加熱室のそれぞれに給電する給電部を備えた請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項３】
前記第１加熱室からマイクロ波発生部側に戻るマイクロ波を第２加熱室に伝送させる循環型の非可逆回路と、
前記第２加熱室に伝送するマイクロ波電力を検出する電力検出部と、
マイクロ波発生部の動作を制御する制御部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記電力検出部の信号に基づいて前記マイクロ波発生部の発振周波数を制御し、マイクロ波を主に用いて被加熱物を加熱するマイクロ波加熱モードと、マイクロ波吸収体の発生熱を主に用いて被加熱物を加熱する輻射伝導加熱モードと、前記マイクロ波加熱モードと前記輻射伝導加熱モードとを組み合わせて被加熱物を加熱する複合加熱モードと、を実行する請求項２に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項４】
前記マイクロ波発生部は、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発振部と、前記マイクロ波発振部が発生するマイクロ波を増幅するマイクロ波増幅部と、を有して構成された請求項１乃至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】
前記マイクロ波発生部は、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発振部と、前記マイクロ波発振部の出力を複数に分配する分配部と、前記分配部の出力をそれぞれ増幅するマイクロ波増幅部と、を有して構成され、前記マイクロ波増幅部のそれぞれのマイクロ波出力を少なくとも第１加熱室に複数箇所から供給する構成とした請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項６】
前記分配部の少なくとも一つの出力の位相を遅延させる位相可変器を付設した請求項５に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項７】
前記マイクロ波発生部は、半導体素子を用いて構成した複数のマイクロ波発振部と、前記マイクロ波発振部のそれぞれの出力を増幅するマイクロ波増幅部と、を有して構成され、マイクロ波増幅部のそれぞれのマイクロ波出力を第１加熱室における異なる位置から供給する構成とした請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項８】
前記マイクロ波発生部は、半導体素子を用いて構成した複数のマイクロ波発振部と、前記マイクロ波発振部のそれぞれの出力を増幅するマイクロ波増幅部と、を有して構成され、少なくとも一つのマイクロ波増幅部の出力を第２加熱室に供給する構成とした請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項９】
前記第２加熱室に供給するマイクロ波の周波数は、既定の周波数とした請求項８に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１０】
前記制御部は、被加熱物の加熱開始とともにマイクロ波発生部の周波数をその可変可能帯域の全域にわたって所定の周波数間隔にて可変させるとともに、それぞれの周波数に対する電力検出部の検出信号を記憶するよう構成した請求項３に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１１】
前記制御部は、マイクロ波加熱モードを実行する場合、電力検出部の検出信号の総和が最小値となる周波数を選択し、その選択した周波数にてマイクロ波発生部を動作させるよう構成した請求項３または１０に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１２】
前記制御部は、マイクロ波加熱モードを実行する場合、電力検出部の検出信号の総和が極小値となる複数の周波数を選択し、その選択した複数の周波数を順次発生させるようにマイクロ波発生部を制御するよう構成した請求項３または１０に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１３】
前記制御部は、輻射伝導加熱モードを実行する場合、電力検出部の検出信号の総和が最大値となる周波数を選択し、その選択した周波数にてマイクロ波発生部を動作させるよう構成した請求項３または１０に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１４】
前記制御部は、輻射伝導加熱モードを実行する場合、電力検出部の検出信号の総和が最大値となる周波数を選択し、その選択した周波数を中心として所定の帯域の周波数をスイープさせるようにマイクロ波発生部を制御するよう構成した請求項３または１０に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１５】
位相可変部が付設されたマイクロ波発生部を備えるマイクロ波加熱装置において、前記制御部が第１加熱室に供給されるマイクロ波の位相が略同一の条件下で得られる電力検出部の検出信号に基づいてマイクロ波発振部の発振周波数を制御するよう構成した請求項３または６に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１６】
位相可変部が付設されたマイクロ波発生部を備えるマイクロ波加熱装置において、前記制御部は、電力検出部の検出信号の総和が最小値または最大値となる周波数を選択し、マイクロ波発生部が選択された周波数で動作中に前記位相可変部を制御して、第１加熱室に複数箇所から供給するマイクロ波の位相を変化させるよう構成した請求項３または６に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１７】
前記電力検出部は、第２加熱室から戻ってくるマイクロ波電力を検出する反射電力検出部を付設し、制御部は前記反射電力検出部の検出信号の総和に基づいてその検出信号が所定レベル以下になるようにマイクロ波発生部の駆動電圧を制御するよう構成した請求項３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、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加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波発生部を備えた従来のマイクロ波加熱装置は、一般には電子レンジに代表されるように、マイクロ波発生部にマグネトロンと称される真空管を用いて構成されていた。【０００３】
半導体素子はマグネトロンに比べて熱的耐久性が低く、高熱に晒されると素子が破壊されるおそれがある。また、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発生部をマイクロ波加熱装置に展開する場合、マイクロ波発生部において増幅された高周波電力が加熱室に供給され、その高周波電力がマイクロ波発生部に戻ってこないように循環型の非可逆回路を構成するサーキュレータが用いられている。このサーキュレータは、加熱室から戻ってくる反射電力を終端抵抗において消費するよう構成したものである。例えば、日本の特開昭５９−０９９６９３号公報を参照。【０００４】
また、例えば、日本の実開昭６０−０１９１９０号公報には、加熱室から戻ってくる反射電力を、加熱室の上部外壁面に設けたダミー抵抗板において消費させて、加熱室の保温に利用したものが開示されている。【０００５】
さらに、受熱効率の向上を目的として、被加熱物を収納した加熱室からマイクロ波発生部側に戻ってくる反射電力を検出して、その反射電力の検出値に基づいて、反射電力が最小になる発振周波数を追尾させる構成のものがあった。例えば、日本の特開昭５６−０９６４８６号公報参照。
【特許文献１】特開昭５９−０９９６９３号公報
【特許文献２】実開昭６０−０１９１９０号公報
【特許文献３】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】
【０００６】
しかしながら、従来の半導体素子を用いたマイクロ波発生部の構成や制御は、加熱室からマイクロ波発生部側に戻ってくる反射マイクロ波電力によって半導体素子を熱破壊から防止することは可能であるが、マイクロ波発生部が発生した電力の何割かを被加熱物の加熱エネルギ以外において消費させる構成である。このため、省エネルギの観点においては問題を有していた。【０００７】
本発明は、従来のマイクロ波加熱装置における問題を解決するものであり、マイクロ波発生部が出力するマイクロ波電力を被加熱物の加熱エネルギとして理想的には１００％消費させることが可能な省エネルギ性能にすぐれたマイクロ波加熱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】
【０００８】
従来のマイクロ波加熱装置における問題を解決するために、本発明に係る第１の観点のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生部、および前記マイクロ波発生部が発生したマイクロ波がそれぞれ給電される第１加熱室と第２加熱室を備え、前記第１加熱室および前記第２加熱室の少なくとも一方の加熱室から前記マイクロ波発生部側に戻るマイクロ波を他方の加熱室に伝送させるよう構成したものである。このように構成された第１の観点のマイクロ波加熱装置において、第１加熱室または第２加熱室に供給されたマイクロ波は、それぞれの加熱室内に存在するマイクロ波損失物質（たとえば、収納された被加熱物）にマイクロ波が吸収され、吸収されずにマイクロ波発生部側に戻ってくる反射マイクロ波は他方の加熱室に伝送される。これにより、第１の観点のマイクロ波加熱装置は、加熱室内に存在するマイクロ波損失物質（たとえば、収納された被加熱物）に吸収される。このように、マイクロ波発生部から供給されたマイクロ波電力は、第１加熱室および第２加熱室の両方の室内でマイクロ波損失物質に吸収されるため、マイクロ波発生部から供給されるマイクロ波電力をほぼ完全に消費させることができ、省エネルギ性能にすぐれた加熱装置を提供することができる。【０００９】
本発明に係る第２の観点のマイクロ波加熱装置は、前記第１の観点における前記第１加熱室が被加熱物を収納するよう構成され、前記第１加熱室を形成する壁面の少なくとも一つの壁面における前記第１加熱室の外側面にマイクロ波吸収体が配設され、第２加熱室が前記マイクロ波吸収体を包含し、マイクロ波発生部が発生したマイクロ波を前記第１加熱室と第２加熱室のそれぞれに給電する給電部を備えている。このように構成された第２の観点のマイクロ波加熱装置は、第１加熱室からマイクロ波発生部側に戻る反射マイクロ波を第２加熱室に伝送させることにより、第１加熱室に供給されたマイクロ波は第１加熱室内に存在するマイクロ波損失物質（特に、収納された被加熱物）に吸収され、吸収されずにマイクロ波発生部側に戻ってくる反射マイクロ波は第２加熱室に伝送される。その結果、第２加熱室に伝送されたマイクロ波は第２加熱室内に存在するマイクロ波損失物質であるマイクロ波吸収体に吸収される。そして、マイクロ波発生部から供給されるマイクロ波電力は第１加熱室および第２加熱室の両方の室内でマイクロ波損失物質に吸収されるため、マイクロ波発生部から供給されるマイクロ波電力をほぼ完全に消費させることができ、省エネルギ性能にすぐれた加熱装置を提供することができる。【００１０】
本発明に係る第３の観点のマイクロ波加熱装置は、前記第２の観点における前記第１加熱室からマイクロ波発生部側に戻るマイクロ波を第２加熱室に伝送させる循環型の非可逆回路と、前記第２加熱室に伝送するマイクロ波電力を検出する電力検出部と、マイクロ波発生部の動作を制御する制御部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記電力検出部の信号に基づいて前記マイクロ波発生部の発振周波数を制御し、マイクロ波を主に用いて被加熱物を加熱するマイクロ波加熱モードと、マイクロ波吸収体の発生熱を主に用いて被加熱物を加熱する輻射伝導加熱モードと、前記マイクロ波加熱モードと前記輻射伝導加熱モードとを組み合わせて被加熱物を加熱する複合加熱モードと、を実行する。このように構成された第３の観点のマイクロ波加熱装置においては、第１加熱室に供給されたマイクロ波の一部が被加熱物に吸収され、吸収されずに第１加熱室からマイクロ波発生部側に反射するマイクロ波が循環型の非可逆回路を介して第２加熱室に伝送され、マイクロ波吸収体で吸収される。このマイクロ波吸収体はマイクロ波を吸収することにより発熱して、被加熱物が載置された第１加熱室内に伝熱し、被加熱物を加熱する。この結果、第３の観点のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波発生部から供給されたマイクロ波電力を被加熱物およびマイクロ波吸収体にてほぼ完全に消費させることができ、マイクロ波発生部の出力をほぼ１００％被加熱物の加熱において消費させ、省エネルギ性能にすぐれた加熱装置を提供できる。また、第３の観点のマイクロ波加熱装置は、第２加熱室に伝送される電力量を検出する電力検出部を設け、電力検出部の検出信号に基づいてマイクロ波発振部の発振周波数を制御する制御部を備えたものである。これにより、第３の観点のマイクロ波加熱装置は、発振周波数を変化させることにより、第１加熱室内に供給されたマイクロ波の被加熱物への吸収の割合を変化させることが可能となり、マイクロ波を主に用いて被加熱物を加熱するマイクロ波加熱モード、第２加熱室のマイクロ波吸収体の発生熱を主に利用して被加熱物を加熱する輻射伝導加熱モード、さらにはそれらを組み合わせて被加熱物を加熱する複合加熱モードを、被加熱物の種類に応じて選択し、適切な加熱を実行することができる。【００１１】
本発明に係る第４の観点のマイクロ波加熱装置において、前記第１の観点乃至第３の観点のいずれかの観点における前記マイクロ波発生部は、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発振部と、前記マイクロ波発振部が発生するマイクロ波を増幅するマイクロ波増幅部と、を有して構成されている。このように構成された第４の観点のマイクロ波加熱装置は、被加熱物への吸収度に対応した周波数の可変設定を電力レベルの低いマイクロ波発振部で行い、所望の発振周波数のマイクロ波出力をマイクロ波増幅部において増幅して、大きなマイクロ波電力を加熱室に供給することができる。このため、第４の観点のマイクロ波加熱装置は、第１加熱室内に供給するマイクロ波を、収納する被加熱物の量、種類などに応じたエネルギ吸収度合いに容易に変化させることができる。【００１２】
本発明に係る第５の観点のマイクロ波加熱装置において、前記第１の観点乃至第３の観点のいずれかの観点における前記マイクロ波発生部は、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発振部と、前記マイクロ波発振部の出力を複数に分配する分配部と、前記分配部の出力をそれぞれ増幅するマイクロ波増幅部と、を有して構成され、前記マイクロ波増幅部のそれぞれのマイクロ波出力を第１加熱室に複数箇所から供給している。このように構成された第５の観点のマイクロ波加熱装置は、第１加熱室内に複数箇所からマイクロ波を供給することにより、被加熱物全体にマイクロ波を分散させることができる。また、第５の観点のマイクロ波加熱装置は、第１加熱室へ複数の供給部から供給されたマイクロ波の一部が被加熱物に吸収されるが、被加熱物の種類や量などに応じて被加熱物に吸収されずに複数の供給部にそれぞれ戻ってくる反射マイクロ波があり、この反射マイクロ波はそれぞれ循環型の非可逆回路（サーキュレータ）を介して第２加熱室の複数の供給部に伝送され、マイクロ波吸収体で吸収される。また、第５の観点のマイクロ波加熱装置においては、第２加熱室内にも複数箇所からマイクロ波を供給するように構成することにより、マイクロ波吸収体全体にマイクロ波を分散させて、マイクロ波吸収体全体を効率よく発熱できる。このように発熱したマイクロ波吸収体の発生熱を被加熱物が載置される第１加熱室に伝熱し、被加熱物の加熱を促進させることができる。この結果、マイクロ波発生部の出力電力は、被加熱物およびマイクロ波吸収体にてほぼ完全に消費させることにより、マイクロ波発生部の出力をほぼ１００％被加熱物の加熱に消費させて、省エネルギ性能にすぐれた加熱装置を提供することができる。【００１３】
本発明に係る第６の観点のマイクロ波加熱装置においては、前記第５の観点における前記分配部の少なくとも一つの出力の位相を遅延させる位相可変器が付設されている。このように構成された第６の観点のマイクロ波加熱装置は、第１加熱室内への複数の供給部から供給されるマイクロ波の位相を変化させることにより、第１の加熱室内に収納された被加熱物は、供給された位相差の変化に伴う加熱室内空間のマイクロ波分布の変化によって、所望の加熱分布でもって加熱が促進される。【００１４】
本発明に係る第７観点のマイクロ波加熱装置において、前記マイクロ波発生部は、半導体素子を用いて構成した複数のマイクロ波発振部と、前記マイクロ波発振部のそれぞれの出力を増幅するマイクロ波増幅部と、を有して構成され、マイクロ波増幅部のそれぞれのマイクロ波出力を第１加熱室における異なる位置から供給している。このように構成された第７の観点のマイクロ波加熱装置は、第１加熱室に対して異なる位置から異なる周波数のマイクロ波を供給することにより、収納された被加熱物の量や種類などに応じて被加熱物をさらに効率高く加熱を促進させることができる。【００１５】
本発明に係る第８観点のマイクロ波加熱装置において、前記第１乃至第３の観点のいずれかの観点における前記マイクロ波発生部は、半導体素子を用いて構成した複数のマイクロ波発振部と、前記マイクロ波発振部のそれぞれの出力を増幅するマイクロ波増幅部と、を有して構成され、少なくとも一つのマイクロ波増幅部の出力を第２加熱室に供給している。このように構成された第８の観点のマイクロ波加熱装置は、第２加熱室に供給されたマイクロ波を独立させて、マイクロ波吸収体の発熱を独立制御することができる。第８の観点のマイクロ波加熱装置における制御方法によれば、特に複合加熱モードでの被加熱物の加熱制御の自由度を高めることができる。【００１６】
本発明に係る第９観点のマイクロ波加熱装置においては、前記第８の観点における前記第２加熱室に供給するマイクロ波の周波数が、既定の周波数としたものである。このように構成された第９の観点のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波吸収体が配設された第２加熱室においてはマイクロ波吸収体が最大エネルギを吸収できる周波数のマイクロ波を供給して、マイクロ波吸収体の発熱速度を最大化し、被加熱物の焼き加熱を高速に実行させることができる。【００１７】
本発明に係る第１０の観点のマイクロ波加熱装置において、前記第３の観点における前記制御部は、被加熱物の加熱開始とともにマイクロ波発生部の周波数をその可変可能帯域の全域にわたって所定の周波数間隔にて可変させるとともに、それぞれの周波数に対する電力検出部の検出信号を記憶するよう構成している。このように構成された第１０の観点のマイクロ波加熱装置においては、第１加熱室に供給され被加熱物が消費するマイクロ波エネルギ量と第２加熱室に供給され被加熱物あるいはマイクロ波吸収体で消費されるマイクロ波エネルギ量との比率を、発振周波数をパラメータとして選択することができ、要求される加熱条件に応じて被加熱物を効果的に加熱させることができる。また、第１０の観点のマイクロ波加熱装置は、周波数を変化させることにより、加熱室内空間のマイクロ波分布を変化させて被加熱物およびマイクロ波吸収体の均一加熱を促進させることができる。【００１８】
本発明に係る第１１の観点のマイクロ波加熱装置において、前記第３の観点または第１０の観点における前記制御部は、マイクロ波加熱モードを実行する場合、電力検出部の検出信号の総和が最小値となる周波数を選択し、その選択した周波数にてマイクロ波発生部を動作させるよう構成している。このように構成された第１１の観点のマイクロ波加熱装置においては、第１加熱室に供給され被加熱物が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化して、被加熱物の高速加熱を促進させることができる。【００１９】
本発明に係る第１２の観点のマイクロ波加熱装置において、前記第３の観点または第１０の観点における前記制御部は、マイクロ波加熱モードを実行する場合、電力検出部の検出信号の総和が極小値となる複数の周波数を選択し、その選択した複数の周波数を順次発生させるようにマイクロ波発生部を制御している。このように構成された第１２の観点のマイクロ波加熱装置においては、第１加熱室に供給されて被加熱物が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化するとともに、第１加熱室内空間のマイクロ波分布を変化させることにより、被加熱物の均一加熱を促進させることができる。【００２０】
本発明に係る第１３の観点のマイクロ波加熱装置において、前記第３の観点または第１０の観点における前記制御部は、輻射伝導加熱モードを実行する場合、電力検出部の検出信号の総和が最大値となる周波数を選択し、その選択した周波数にてマイクロ波発生部を動作させている。このように構成された第１３の観点のマイクロ波加熱装置においては、第１加熱室から供給されて被加熱物が消費するマイクロ波エネルギ量を最小化するとともに、第２加熱室に供給されてマイクロ波吸収体が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化して、被加熱物の焼き加熱を効率高く実行することができる。【００２１】
本発明に係る第１４の観点のマイクロ波加熱装置において、前記第３の観点または第１０の観点における前記制御部は、輻射伝導加熱モードを実行する場合、電力検出部の検出信号の総和が最大値となる周波数を選択し、その選択した周波数を中心として所定の帯域の周波数をスイープさせるようにマイクロ波発生部を制御している。このように構成された第１４の観点のマイクロ波加熱装置においては、第１加熱室に供給されて被加熱物が消費するマイクロ波エネルギ量を最小化するとともに、第２加熱室内空間のマイクロ波分布を変化させてマイクロ波吸収体の全域を均一に加熱して、底面積の大きい被加熱物の焼き加熱を効果的に実行することができる。【００２２】
本発明に係る第１５の観点のマイクロ波加熱装置において、前記第３の観点または第６の観点のマイクロ波加熱装置は、位相可変部が付設されたマイクロ波発生部を備えており、前記制御部が第１加熱室に供給されるマイクロ波の位相が略同一の条件下で得られる電力検出部の検出信号に基づいてマイクロ波発振部の発振周波数を制御している。このように構成された第１５の観点のマイクロ波加熱装置においては、複数の第１加熱室に複数箇所から供給されて被加熱物が消費するマイクロ波エネルギ量と、複数の第２加熱室に複数箇所から供給されてマイクロ波吸収体が消費するマイクロ波エネルギ量との比率の算出を、発振周波数をパラメータとして再現性高く求めることができる。このため、第１５の観点のマイクロ波加熱装置は、要求される加熱条件に応じた最適な周波数の選択を行うことができ、被加熱物を効果的に加熱することができる。【００２３】
本発明に係る第１６の観点のマイクロ波加熱装置において、前記第３の観点または第６の観点のマイクロ波加熱装置は、位相可変部が付設されたマイクロ波発生部を備えており、前記制御部は、電力検出部の検出信号の総和が最小値または最大値となる周波数を選択し、マイクロ波発生部が選択された周波数で動作中に前記位相可変部を制御して、第１加熱室に複数箇所から供給するマイクロ波の位相を変化させている。このように構成された第１６の観点のマイクロ波加熱装置においては、被加熱物の加熱中に同一周波数の下で加熱室内空間のマイクロ波分布を変化させることができ、被加熱物およびマイクロ波吸収体の均一加熱あるいは局所集中加熱を促進させることができる。【００２４】
本発明に係る第１７の観点のマイクロ波加熱装置において、前記第３の観点における前記電力検出部は、第２加熱室から戻ってくるマイクロ波電力を検出する反射電力検出部を付設し、制御部は前記反射電力検出部の検出信号の総和に基づいてその検出信号が所定レベル以下になるようにマイクロ波発生部の駆動電圧を制御している。このように構成された第１７の観点のマイクロ波加熱装置においては、加熱室内で吸収されずにマイクロ波発生部側に戻る反射マイクロ波電力によるマイクロ波発生部の半導体素子を熱破壊から確実に保護することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のマイクロ波加熱装置は、加熱室に供給したマイクロ波を加熱室内でほぼ１００％消費させることを可能となり、省エネルギ性能に優れた加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置の構成を示すブロック図
【図２】実施の形態１のマイクロ波加熱装置における電力検出部の検出信号の一例を示す特性図
【図３】実施の形態１のマイクロ波加熱装置における制御動作を示すフローチャート
【図４】実施の形態１のマイクロ波加熱装置における制御動作を示すフローチャート
【図５】実施の形態１のマイクロ波加熱装置における制御動作を示すフローチャート
【図６】本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置の構成を示す図
【図７】実施の形態２のマイクロ波加熱装置における電力検出部の検出信号の一例を示す特性図
【図８】実施の形態２のマイクロ波加熱装置における制御動作を示すフローチャート
【図９】実施の形態２のマイクロ波加熱装置における制御動作を示すフローチャート
【図１０】実施の形態２のマイクロ波加熱装置における制御動作を示すフローチャート
【図１１】本発明に係る実施の形態３のマイクロ波加熱装置の構成を示す図
【図１２】実施の形態３のマイクロ波加熱装置における電力検出部の検出信号の一例を示す特性図
【図１３】実施の形態３のマイクロ波加熱装置の制御動作を示すフローチャート
【図１４】実施の形態３のマイクロ波加熱装置の制御動作を示すフローチャート
【図１５】実施の形態３のマイクロ波加熱装置の制御動作を示すフローチャート
【図１６】本発明に係る実施の形態４のマイクロ波加熱装置の構成を示す図
【図１７】実施の形態４のマイクロ波加熱装置における電力検出部の検出信号の一例を示す特性図
【図１８】実施の形態４のマイクロ波加熱装置における制御動作を示すフローチャート
【図１９】実施の形態４のマイクロ波加熱装置における制御動作を示すフローチャート
【図２０】実施の形態４のマイクロ波加熱装置における制御動作を示すフローチャート
【図２１】本発明に係る実施の形態５のマイクロ波加熱装置の構成を示す図
【図２２】実施の形態５のマイクロ波加熱装置における電力検出部の検出信号の一例を示す特性図
【図２３】本発明に係る実施の形態６のマイクロ波加熱装置の構成を示す図
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。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。【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、実施の形態１のマイクロ波加熱装置において、マイクロ波発生部１０は、マイクロ波を生成するマイクロ波発振部１１、マイクロ波発振部１１の出力を増幅する複数段のマイクロ波増幅部１１２，１１４、マイクロ波発振部１１の出力を初段マイクロ波増幅部１１２に導くマイクロ波伝送路１１３、後段である主マイクロ波増幅部１１４の出力をマイクロ波発生部１０の出力部１１５に導くマイクロ波伝送路１１６、を具備して構成されている。マイクロ波発振部１１及びマイクロ波増幅部１１２，１１４は半導体素子を用いて構成されている。上記のように、マイクロ波発生部１０においては、マイクロ波発振部１１からのマイクロ波が初段マイクロ波増幅部１１２で増幅され、さらに初段マイクロ波増幅部１１２の出力が主マイクロ波増幅部１１４において増幅されて、出力部１１５から出力される。【００２９】
マイクロ波発生部１０は低誘電損失材料により構成された誘電体基板１１７上に形成されている。初段マイクロ波増幅部１１２および主マイクロ波増幅部１１４は、誘電体基板１１７の片面に形成された導電体パターンの回路で構成されており、各マイクロ波増幅部１１２、１１４の増幅素子である半導体素子を良好に動作させるために、各半導体素子の入力側と出力側にはそれぞれ整合回路が設けられている。【００３０】
マイクロ波伝送路１１３、１１６は、誘電体基板１１７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５０Ωの伝送回路が形成されている。
マイクロ波発生部１０のマイクロ波発振部１１は、２４００ＭＨｚから２５００ＭＨｚの周波数を発生する周波数可変機能を備えている。【００３１】
図１に示すように、実施の形態１のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を収納するとともにマイクロ波発生部１０から出力されたマイクロ波が供給される加熱室１００を備えている。加熱室１００には、被加熱物１０１を出し入れするための扉（図示省略）が加熱室１００を構成する一壁面に設けられている。加熱室１００において、扉を設けた壁面以外の壁面は、金属材料の遮蔽板で構成されており、加熱室１００内に供給されたマイクロ波を加熱室内部に閉じ込めるよう構成されている。加熱室１００内には、加熱室底壁面１０２と所定の間隔を有して配置されて加熱室内空間を仕切るとともに、被加熱物１０１を載置するための仕切部１０３が設けられている。したがって、加熱室内空間は、仕切部１０３により、仕切部１０３の上側空間において被加熱物１０１を収納する第１加熱室１００ａと、仕切部１０３の下側空間となる第２加熱室１００ｂとに区分けされている。この仕切部１０３は金属材料により構成されているが、仕切部１０３の被加熱物載置面と反対側の面（裏面）、即ち第２加熱室１００ｂに対向する面にはマイクロ波吸収材を含有するマイクロ波吸収体であるマイクロ波吸収体層１０４が密着して設けられている。【００３２】
また、加熱室１００には、被加熱物１０１を収納する第１加熱室１００ａ内にマイクロ波を供給する第１給電部１０５、およびマイクロ波吸収体層１０４が一壁面を構成する第２加熱室１００ｂ内にマイクロ波を供給する第２給電部１０６が設けられている。【００３３】
仕切部１０３の裏面を覆うマイクロ波吸収体層１０４は、酸化マンガンと酸化第２鉄を主成分としたフェライト材を４０〜８０重量％とし、耐熱性樹脂であるシリコン材を混合させて形成したマイクロ波吸収材を基材としたものであり、耐熱塗装を施した仕切部１０３の裏面の第２加熱室対向面（接合面）に接着されている。フェライト材としては１〜１０μｍの粉末を用いている。【００３４】
なお、フェライト材の組成は、上記成分の他に酸化マグネシウムや酸化亜鉛などを用いてもよい。また、フェライト材の代わりにカーボン材やＳｉＣ材を用いてもよい。【００３５】
実施の形態１のマイクロ波加熱装置においては、仕切部１０３の被加熱物載置面を平板な板材で構成した例で示したが、仕切部１０３の被加熱物載置面を凹凸形状として、マイクロ波吸収体層１０４の接合面を凹凸形状としてもよい。このように、マイクロ波吸収体層１０４を凹凸形状とすることにより、マイクロ波吸収体層１０４の表面積が大きくなり、第２加熱室１００ｂに供給されたマイクロ波の吸収性能を向上させることが可能となる。また、平板形状の仕切部１０３の裏面に凹凸形状の別部材を接合させて、その別部材の凹凸面上にマイクロ波吸収体層１０４を形成してもよく、同様の効果を奏する。【００３６】
図１に示すように、マイクロ波発生部１０からの出力は、循環型の非可逆回路を構成するサーキュレータ（以下、サーキュレータと称す）１１８を介して第１給電部１０５に伝送され、第１加熱室１００ａ内に供給される。第１加熱室１００ａから第１給電部１０５を介してサーキュレータ１１８側に戻る反射マイクロ波は、サーキュレータ１１８により第２給電部１０６に伝送される。このように、サーキュレータ１１８は、第１給電部１０５からサーキュレータ１１８側に戻る反射マイクロ波を第２給電部１０６に伝送させるように構成されている。【００３７】
また、サーキュレータ１１８と第２給電部１０６との間の伝送路には、電力検出部１１９が配設されている。電力検出部１１９は、サーキュレータ１１８から第２給電部１０６に伝送するマイクロ波、および第２加熱室１００ｂから第２給電部１０６を介してサーキュレータ１１８側に戻る反射マイクロ波のそれぞれの電力量を検出する。【００３８】
実施の形態１のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波発生部１０の動作を制御する制御部１２０が設けられている。制御部１２０は、電力検出部１１９が検出した信号を受け取り、各種処理を行った後、マイクロ波発振部１１の発振周波数の可変制御を行っている。【００３９】
電力検出部１１９は、結合度が約４０ｄＢの方向性結合器で構成されており、伝送および反射のマイクロ波電力の約１／１００００の電力量を検出する。電力検出部１１９において、検出された電力量を示す電力信号は、それぞれ検波ダイオード（図示省略）で整流化され、コンデンサ（図示省略）で平滑処理されて、その出力信号が制御部１２０に入力される。【００４０】
次に、以上のように構成された本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置の動作について図２から図５を参照しつつ説明する。【００４１】
図２は、実施の形態１のマイクロ波加熱装置における電力検出部１１９の検出信号の一例を示す特性図である。図２において、グラフの横軸は周波数［ＭＨｚ］、縦軸は電力検出部１１９が検出した第２給電部側に伝送する電力（伝送電力）、および第２給電部１０６からサーキュレータ１１８側に戻る電力（反射電力）をマイクロ波発生部１０の出力に対する比率［％］で示している。特性曲線Ｇ１１０は伝送電力の比率、特性曲線Ｇ１１１は反射電力の比率である。【００４２】
伝送電力を示す特性曲線Ｇ１１０においては、伝送電力値が極小値を示す周波数ｆ１、ｆ２を有しており、また伝送電力値が最大値を示す周波数ｆ３を有している。反射電力を示す特性曲線Ｇ１１１においては、第２給電部側に反射する電力が生じる周波数帯域を有することが示されている。この反射電力は、マイクロ波吸収体層１０４の吸収能力およびマイクロ波を吸収して発熱することにともなうマイクロ波吸収体層１０４のインピーダンス変化に応じた特性の変化により生じたものである。【００４３】
なお、図２のグラフにおいて、破線で示す直線Ｇ１１２は、反射電力の比率が１０％のところを示すものである。この１０％のレベルを超過すると制御部１２０はマイクロ波発振部１１の発振周波数を異なる周波数に切替え制御し、および／またはマイクロ波増幅部１１２，１１４の駆動電圧を減じてマイクロ波発生部１０の出力を低減させる制御を実行する。【００４４】
以下に、本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置の詳細な制御例について図３から図５のフローチャートを用いて説明する。
被加熱物１０１が加熱室１００内に収納されて仕切部１０３上に載置され、加熱条件が操作部（図示省略）において設定され、加熱開始キーが押圧されて加熱開始信号が発生する（図３のステップＳ１１１）。加熱開始信号が入力された制御部１２０においては、制御出力信号を生成して、マイクロ波発生部１０を第１の出力電力、たとえば１００Ｗ未満の電力、に設定して動作を開始させる（ステップＳ１１２）。このとき制御部１２０は、所定の駆動電源電圧を初段マイクロ波増幅部１１３および主マイクロ波増幅部１１５に供給する。また、制御部１２０は、マイクロ波発振部１１の初期の発振周波数を、たとえば２４００ＭＨｚに設定する制御信号を出力し、マイクロ波発振部１１の発振動作を開始させる。このように、マイクロ波発生部１０は、初期段階において、たとえば２４００ＭＨｚで１００Ｗ未満のマイクロ波電力を第１の出力電力として出力する。【００４５】
次に、ステップＳ１１３では、マイクロ波発振部１１の発振周波数を初期の２４００ＭＨｚから１ＭＨｚピッチ（たとえば、１０ミリ秒で１ＭＨｚ）で高い周波数の方へ変化させ、周波数可変範囲の上限である２５００ＭＨｚまで変化させる。この周波数可変動作において、電力検出部１１９から得られる伝送電力と反射電力をそれぞれ記憶し、ステップＳ１１４に進む。【００４６】
ステップＳ１１４では、被加熱物１０１の加熱条件に基づいて、制御内容を選択する。加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合は、図５に示すステップＳ１３４に進む。加熱条件が焼き加熱以外の場合にはステップＳ１１５に進む。焼き加熱以外の場合とは、主にマイクロ波を利用して被加熱物１０１を加熱、或いは解凍加熱などを行う場合である。【００４７】
ステップＳ１１５では、電力検出部１１９から得た伝送電力が周波数特性曲線において極小値を示す周波数（たとえば、図２における周波数ｆ１、ｆ２）を抽出処理し、ステップＳ１１６に進む。ステップＳ１１６では、加熱条件が被加熱物１０１の高速加熱または均一加熱のいずれかに対応して以降の制御ルーチンを選択する。加熱条件が高速加熱の場合にはステップＳ１１７に進み、均一加熱の場合には図４に示すステップＳ１２３に進む。高速加熱および均一加熱はマイクロ波加熱モードである。【００４８】
まず、マイクロ波加熱モードのひとつである、加熱条件がマイクロ波を用いた高速加熱の場合について説明する。
加熱条件として高速加熱が選択された場合には、ステップＳ１１７において、伝送電力が最小値を示す周波数（たとえば、図２における周波数ｆ１）を発振周波数として設定して、ステップＳ１１８に進む。【００４９】
ステップＳ１１８では、マイクロ波発生部１０が定格出力である第２の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部１１２の駆動電圧が制御される。なお、制御部１２０は、本発明のマイクロ波加熱装置の仕様に応じて、初段マイクロ波増幅部１１２および主マイクロ波増幅部１１４の両方の駆動電圧を制御してもよく、主マイクロ波増幅部１１４の駆動電圧のみを制御する構成としてもよい。以下の各実施の形態における説明においては、上記のような制御部１２０の制御動作を、初段マイクロ波増幅部１１２および／または主マイクロ波増幅部１１４の駆動電圧を制御（設定）すると記載する。【００５０】
次に、ステップＳ１１８において設定された第２の出力電力で本格加熱動作が開始される（ステップＳ１１９）。本格加熱動作において、ステップＳ１２０に進み、電力検出部１１９が検出する反射電力が所定値（マイクロ波発生部１０の出力に対する反射電力の比率が１０％に相当する値）以下にあるかどうかを判定する。反射電力が所定値を超過していない場合にはステップＳ１２１に進み、超過している場合にはステップＳ１２２に進む。ステップＳ１２２では初段マイクロ波増幅部１１２および／または主マイクロ波増幅部１１４の駆動電圧を低減制御して、反射電力が前記所定値以下になるように調整し、ステップＳ１２１に進む。【００５１】
ステップＳ１２１では、被加熱物１０１の加熱進捗を判定する。この加熱進捗は、加熱条件として加熱処理時間が設定されている場合には、その加熱処理時間に到達したか否かを判定する。加熱処理時間に到達していない場合にはステップＳ１２０に戻り、到達している場合には加熱動作を終了させる。【００５２】
なお、実施の形態１のマイクロ波加熱装置において、被加熱物１０１の物理情報、たとえば被加熱物１０１に関する表面温度、大きさ、量などを検出する手段が設けられている場合には、その物理情報の検出手段の検出信号に基づいて加熱が完了したか否かを判定してもよい。物理情報の検出手段として、たとえば温度検知手段の場合、所望温度（たとえば７５℃）に到達しているか否かの判定を行う。未到達の場合はステップＳ１２０に戻り、到達している場合は加熱動作を終了させる。また、被加熱物１０１に関する大きさ、量などを検出する手段が設けられている場合には、調理方法などの処理方法に応じて、大きさ、量のそれぞれの範囲に対して予め決められた加熱動作時間を抽出し、その加熱動作時間に到達したか否かにより加熱動作の終了を決定してもよい。【００５３】
上記のように、電力検出部１１９が検出した伝送電力が最小値となる周波数を発生させるようにマイクロ波発振部１１を制御することにより、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ内に供給する、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化して、被加熱物１０１に対する高速加熱処理を実行することができる。【００５４】
次に、マイクロ波加熱モードの他のひとつである、加熱条件が被加熱物１０１の均一加熱の場合について説明する。
マイクロ波が供給される加熱室１００は、閉空間であり、供給されるマイクロ波の周波数帯域において、複数の共振モードを生じるように加熱室形状が設定されている。
たとえば、加熱室形状を横３６０ｍｍ、奥行３６０ｍｍ、高さ２１０ｍｍとした場合、加熱室１００内に負荷である被加熱物１０１が存在しない条件の下では、周波数と共振モードとの関係として、２４２８ＭＨｚで＜５３０＞または＜３５０＞、２４６１ＭＨｚで＜４４１＞、２５１４ＭＨｚで＜３１３＞の定在波が生じる。ここで、＜＞内の数値は、加熱室１００の横方向、奥行方向、高さ方向にそれぞれ生じる定在波の山の数を示す。そして、この数値が加熱室１００内でのマイクロ波電磁波強度の分散を示す。【００５５】
加熱室１００内に被加熱物１０１が収納されると、被加熱物１０１の比誘電率が空気の比誘電率である１よりも大きいため、加熱室１００の実質形状は大きくなったように作用する。この結果、被加熱物１０１の種類や容量に応じて上記した共振モードが発生する周波数は、上記の値よりも低い側に生じることになる。【００５６】
以下に説明する均一加熱の制御は、加熱室１００内に生じる複数の共振モードを利用したものである。
図３に示すステップＳ１１６において加熱条件が均一加熱であると判定した場合には、図４のステップＳ１２３に進む。
ステップＳ１２３において、伝送電力が最小値を示す周波数（たとえば、図２における周波数ｆ１）を発振周波数に設定して、ステップＳ１２４に進む。【００５７】
ステップＳ１２４では、マイクロ波発生部１０が定格出力である第２の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部１１２および／または主マイクロ波増幅部１１４の駆動電圧が設定される。次に、ステップＳ１２４において設定された第２の出力電力（定格出力）で本格加熱動作が開始される（ステップＳ１２５）。本格加熱動作において、ステップＳ１２６に進み、電力検出部１１９が検出する反射電力が所定値以下、たとえばマイクロ波発生部１０の出力に対する反射電力の比率が１０％に相当する値以下にあるかどうかを判定する。反射電力の比率が１０％に相当する所定値を超過していない場合にはステップＳ１２７に進み、所定値を超過している場合にはステップＳ１２８に進む。ステップＳ１２８では初段マイクロ波増幅部１１２および／または主マイクロ波増幅部１１４の駆動電圧を低減制御して、前記所定値以下に調整し、ステップＳ１２７に進む。【００５８】
ステップＳ１２７では、同一周波数において動作させる時間を規定した所定時間に対して現時点での動作時間が所定時間に到達したか否かを判定する。動作時間が所定時間に未到達の場合にはステップＳ１２６に戻り、到達している場合にはステップＳ１２９に進む。
ステップＳ１２９では、電力検出部１１９が検出した伝送電力が極小値を示す発振周波数群の中で、伝送電力が二番目に小さい周波数（たとえば、図２における周波数ｆ２）に周波数を設定してステップＳ１３０に進む。【００５９】
なお、図２に示した特性曲線の場合には、極小値を示す周波数が２つであり、それぞれを切換選択することになる。ただし、図２に一例として示した特性曲線においては、伝送電力の比率が１０％以下の周波数が周波数ｆ１の帯域だけであるため、均一加熱するためには出力電力を低減するか、若しくは極小値を示す周波数の切換選択を取り止めたり、動作時間を制限したりする制御を行う必要がある。【００６０】
また、極小値を示す周波数が３つ以上ある場合には、伝送電力の低い周波数から順次高い周波数の方へ切換選択する。この切換選択のとき、最大の極小値を示す周波数に到達したときには、一旦、最小の極小値を示す周波数に戻り、再度順次高い周波数の方へ切換選択していってもよく、若しくは最大の極小値を示す周波数の次に逆戻りするように順次低い周波数の方へ切換選択していってもよい。【００６１】
ステップＳ１３０〜ステップＳ１３２は、前述のステップＳ１２６〜ステップＳ１２８と同様の制御動作を実行する。ステップＳ１３２において現在の発振周波数での動作時間が所定時間に到達するとステップＳ１３３に進む。
ステップＳ１３３においては、前述したステップＳ１２１と同様の制御動作を実行し、加熱処理が完了していない判定されるとステップＳ１２９に戻り、加熱処理が完了したと判定されると加熱動作を終了する。【００６２】
上記のように、実施の形態１のマイクロ波加熱装置においては、電力検出部１１９の検出信号が極小値となる周波数群の周波数を順次発生させるようにマイクロ波発振部１１を制御してマイクロ波を形成し、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ内に供給する。そして、第１加熱室１００ａ内に供給されて被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化するとともに、第１給電部１０５がマイクロ波電力を供給する加熱室空間内のマイクロ波分布を変化させることにより、被加熱物１０１に対する均一加熱を効率高く実行することができる。【００６３】
次に、加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合について説明する。焼き加熱は輻射伝導加熱モードである。
図３に示すステップＳ１１４では、被加熱物１０１の加熱条件に基づいて、制御内容が選択される。加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合には、図５に示すステップＳ１３４に進む。
ステップＳ１３４では伝送電力が最大値を示す周波数（たとえば、図２における周波数ｆ３）にマイクロ波発振部１１の発振周波数を設定し、ステップＳ１３５に進む。【００６４】
ステップＳ１３５では、マイクロ波発生部１０が定格出力である第２の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部１１２および／または主マイクロ波増幅部１１４の駆動電圧が設定される。次に、ステップＳ１３５において設定された第２の出力電力で本格加熱動作が開始される（ステップＳ１３６）。本格加熱動作において、ステップＳ１３７に進み、電力検出部１１９が検出する反射電力が所定値（マイクロ波発生部１０の出力に対する反射電力の比率が１０％に相当する値）以下にあるかどうかを判定する。反射電力が前記所定値を超過していない場合にはステップＳ１３８に進み、超過している場合にはステップＳ１３９に進む。ステップＳ１３９では初段マイクロ波増幅部１１２および／または主マイクロ波増幅部１１４の駆動電圧を低減制御して、反射電力が前記所定値以下になるように調整し、ステップＳ１３８に進む。【００６５】
ステップＳ１３８では、被加熱物１０１の加熱進捗を判定する。この加熱進捗は、加熱条件として入力された加熱処理時間に到達したか否かを判定する。加熱処理時間に到達していない場合にはステップＳ１３７に戻り、到達している場合には加熱動作を終了させる。【００６６】
上記のように、電力検出部１１９の検出する伝送電力が最大値を示す周波数を発生させるようにマイクロ波発振部１１を制御することにより、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ内に供給されて被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量を最小化している。このため、第２給電部１０６から第２加熱室１００ｂ内に供給されるマイクロ波エネルギが最大化され、マイクロ波吸収体層１０４が吸収するマイクロ波エネルギ量を最大化し、被加熱物１０１に対する焼き加熱を促進させることができる。【００６７】
なお、実施の形態１のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波加熱モードおよび輻射伝導加熱モードはそれぞれ単独で実行させるだけでなく、相互に組み合わせて複合加熱モードとして実行させることも可能である。【００６８】
実施の形態１のマイクロ波加熱装置における加熱制御動作について説明したが、以下この加熱制御動作による効果について説明する。
被加熱物１０１に対する加熱開始とともにマイクロ波発振部１１の発振周波数をその可変可能帯域の全域にわたって所定の周波数間隔にて可変させることにより、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ側、および第２給電部１０６から第２加熱室１００ｂ側をそれぞれ見たときの負荷インピーダンスを変化させることができる。【００６９】
このように負荷インピーダンスを変化させることにより、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ内に供給され、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量と、第１加熱室１００ａから第１給電部１０５に戻りサーキュレータ１１８を介して第２給電部１０６から第２加熱室１００ｂに供給されて、マイクロ波吸収体層１０４に吸収されるマイクロ波エネルギ量との比率を、発振周波数をパラメータとして任意に選択することができる。この結果、要求される加熱条件に応じて被加熱物１０１を効果的に加熱することができる。【００７０】
第１加熱室１００ａに収納される被加熱物１０１の形状、種類、量により、同一周波数であっても負荷インピーダンスは変化する。しかし、最適な発振周波数を選択することにより、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ側を見たときの負荷インピーダンスを、第１給電部１０５からマイクロ波発生部１０側を見たときの電源インピーダンスに近づけて、第１給電部１０５への反射電力、或いは第２給電部１０６への伝送電力を低減することができる。このように、第１給電部１０５への反射電力、或いは第２給電部１０６への伝送電力が最も少ない値となる発振周波数を利用することにより、被加熱物１０１に対するマイクロ波エネルギの受熱量を最大化し、被加熱物１０１を高速に加熱することができる。【００７１】
また、第１給電部１０５への反射電力、或いは第２給電部１０６への伝送電力が周波数特性において極小値を示す周波数群において、その周波数群における周波数を順次に切り替えて、第１加熱室１００ａおよび第２加熱室１００ｂにマイクロ波電力を供給することにより、第１加熱室１００ａおよび第２加熱室１００ｂ内に生じるマイクロ波分布を変化させることができる。この結果、被加熱物１０１およびマイクロ波吸収体層１０４の均一加熱を促進させることができる。【００７２】
以上のように、実施の形態１のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａにおいて、前述の周波数選択制御により、被加熱物１０１に対して高速加熱、或いは均一加熱を効率高く実行することができる。【００７３】
実施の形態１のマイクロ波加熱装置において、第１加熱室１００ａから第１給電部１０５への反射電力、或いは第２給電部１０６への伝送電力が大きい周波数が数多く存在する。実施の形態１のマイクロ波加熱装置は、第２給電部１０６から第２加熱室１００ｂ内に供給するマイクロ波電力量が大きい周波数を利用して、被加熱物１０１の焼き加熱を実現させている。すなわち、第１給電部１０５への反射電力、或いは第２給電部１０６への伝送電力が最大となる周波数を選択し、その選択した周波数にてマイクロ波発生部１０を動作させている。このようにマイクロ波発生部１０を動作させることにより、被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａにおける被加熱物１０１へのマイクロ波の受熱量は最小になる。加熱室１０１内で消費されずに第１給電部１０５への反射するマイクロ波は、サーキュレータ１１８を介して第２給電部１０６へ伝送されて、第２加熱室１００ｂ内に供給されている。第２加熱室１００ｂ内に供給されたマイクロ波は、マイクロ波吸収体層１０４に吸収され、マイクロ波吸収体層１０４が発熱する。マイクロ波吸収体層１０４の発熱は、接合した仕切部１０３に伝熱し、高温になった仕切部１０３が被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａ内に対して熱輻射する。この熱輻射を被加熱物１０１が受熱することにより、マイクロ波吸収体層１０４は熱飽和に至ることなく供給されたマイクロ波をほぼ１００％消費することができる。この結果、実施の形態１のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を高速に焼き加熱することができる。【００７４】
以上のように、実施の形態１のマイクロ波加熱装置においては、加熱室１００内に供給されたマイクロ波発生部１０の出力電力は、被加熱物１０１およびマイクロ波吸収体層１０４にてほぼ完全に消費させることができる。これにより、マイクロ波発生部１０の出力は、ほぼ１００％被加熱物１０１の加熱処理において消費させることができるため、本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置により、優れた省エネルギ性能を有する加熱装置を提供することができる。【００７５】
なお、マイクロ波吸収体層１０４が熱飽和に至りマイクロ波の吸収能力が飽和した場合には、第２加熱室１００ｂから第２給電部１０６側に反射電力を生じる。この反射電力はサーキュレータ１１８を介してマイクロ波発生部１０側に反射することになり、マイクロ波発生部１０の能動素子である半導体素子が熱破壊の危険性がある。このような熱破壊を防止するべく、本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置においては、第２給電部１０６からの反射電力が所定レベル（たとえば、マイクロ波発生部１０の出力の１０％）を超過すると、各マイクロ波増幅部１１２、１１４の駆動電圧を低減させている。このように各マイクロ波増幅部１１２、１１４の駆動電圧を低減させるように制御することにより、増幅動作に伴う熱損失量を減少させるとともに、反射電力を低減して半導体素子の熱破壊を確実に保護することができる。【００７６】
また、本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置において、焼き加熱の制御を第２給電部１０６への伝送電力が最大となる周波数のみで動作させてもよいし、第２給電部１０６への伝送電力が最大となる周波数を中心周波数として特定の帯域内（たとえば、２０ＭＨｚ）で周波数をスイープさせる制御を行ってもよい。周波数をスイープさせる制御を行うことにより、マイクロ波吸収体層１０４は全体が均一に加熱されるため、底面積の大きい被加熱物１０１の焼き加熱を効果的に実行することができる。
前述した焼き加熱のいろいろな制御方法の選択は、被加熱物１０１の形状、種類、量などに応じて予め設定するよう構成してもよい。【００７７】
（実施の形態２）
以下、本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置について添付の図６から図１０を用いて説明する。図６は実施の形態２のマイクロ波加熱装置の構成を示すブロック図である。図７は実施の形態２のマイクロ波加熱装置における周波数特性図である。図８から図１０は実施の形態２のマイクロ波加熱装置における動作を示すフローチャートである。実施の形態２の説明において前述の実施の形態１と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付して、その説明は実施の形態１における説明を適用する。【００７８】
図６において、実施の形態２のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波発生部１０は、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発振部１１、マイクロ波発振部１１の出力を２分配して出力する電力分配器２１２、電力分配器２１２において分配された各出力がマイクロ波伝送路２１４ａ、２１４ｂを介して入力される初段マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂ、および初段マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂのそれぞれの出力をさらに増幅する主マイクロ波増幅部２１５ａ、２１５ｂ、を有して構成されている。主マイクロ波増幅部２１５ａ、２１５ｂの出力は、マイクロ波伝送路２１７ａ、２１７ｂを介して各出力部２１６ａ、２１６ｂに導かれている。初段マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂおよび主マイクロ波増幅部２１５ａ、２１５ｂは、それぞれ半導体素子を用いて構成されている。【００７９】
マイクロ波発生部１０は低誘電損失材料により構成された誘電体基板２１８上に形成されている。初段マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂおよび主マイクロ波増幅部２１５ａ、２１５ｂは、誘電体基板２１８の片面に形成された導電体パターンの回路で構成されており、各マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂ、２１５ａ、２１５ｂ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のそれぞれに整合回路が設けられている。【００８０】
マイクロ波伝送路２１４ａ、２１４ｂ、２１７ａ、２１７ｂは、誘電体基板２１８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５０Ωの伝送回路が形成されている。
マイクロ波発生部１０のマイクロ波発振部１１は、２４００ＭＨｚから２５００ＭＨｚの周波数を発生する周波数可変機能を備えている。【００８１】
図６に示すように、実施の形態２のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を収納するとともにマイクロ波発生部１０から出力されたマイクロ波が供給される加熱室１００を備えている。加熱室１００には、被加熱物１０１を出し入れするための扉（図示省略）が加熱室１００を構成する一壁面に設けられている。加熱室１００において、扉を設けた壁面以外の壁面は、金属材料の遮蔽版で構成されており、加熱室１００内に供給されたマイクロ波を加熱室内部に閉じ込めるように構成されている。加熱室１００内には、加熱室底壁面１０２と所定の間隔を有して配置されて加熱室内空間を仕切るとともに、被加熱物１０１を載置するための仕切部１０３が設けられている。したがって、加熱室内空間は、仕切部１０３により、仕切部１０３の上側空間において被加熱物１０１を収納する第１加熱室１００ａと、仕切部１０３の下側空間となる第２加熱室１００ｂとに区分けされている。この仕切部１０３は金属材料により構成されているが、仕切部１０３の被加熱物載置面と反対側の面（裏面）、即ち第２加熱室１００ｂに対向する面にはマイクロ波吸収材を含有するマイクロ波吸収体であるマイクロ波吸収体層１０４が密着して設けられている。【００８２】
また、加熱室１００には、被加熱物１０１を収納する第１加熱室１００ａ内にマイクロ波を供給する２つの第１給電部１０５ａ、１０５ｂおよびマイクロ波吸収体層１０４が一壁面を構成する第２加熱室１００ｂ内にマイクロ波を供給する２つの第２給電部１０６ａ、１０６ｂが設けられている。第１加熱室１００ａにおける２つの第１給電部１０５ａ、１０５ｂは、第１加熱室１００ａの左側壁面と右側壁面に対向して配置されている。また、第２加熱室１００ｂにおける２つの第２給電部１０６ａ、１０６ｂは、第２加熱室１００ｂの左側壁面と右側壁面に対向して配置されている。【００８３】
仕切部１０３の裏面を覆うマイクロ波吸収体層１０４は、前述の実施の形態１におけるマイクロ波吸収体層１０４と同様に、フェライトと樹脂材とを混合させて構成したマイクロ波吸収材を基材としたものであり、耐熱塗装を施した仕切部１０３の裏面における第２加熱室１００ｂと対向する面（接合面）に接着されている。【００８４】
なお、仕切部１０３の接合面は凹凸形状となっておりマイクロ波吸収体層１０４の表面積を大きく形成して、第２加熱室１００ｂに供給されたマイクロ波の吸収性能を向上させている。【００８５】
図６に示すように、マイクロ波発生部１０からの出力は、循環型の非可逆回路を構成する各サーキュレータ２１９ａ、２１９ｂを介してそれぞれの第１給電部１０５ａ、１０５ｂに伝送され、第１加熱室１００ａ内に供給される。第１加熱室１００ａから各第１給電部１０５ａ、１０５ｂを介してそれぞれのサーキュレータ２１９ａ、２１９ｂ側に戻る反射マイクロ波は、各サーキュレータ２１９ａ、２１９ｂによりそれぞれの第２給電部１０６ａ、１０６ｂに伝送される。このように各サーキュレータ２１９ａ、２１９ｂは、各第１給電部１０５ａ、１０５ｂからサーキュレータ２１９ａ、２１９ｂ側に戻る反射マイクロ波を、各第２給電部１０６ａ、１０６ｂに伝送させるように構成されている。【００８６】
また、サーキュレータ２１９ａ、２１９ｂと第２給電部１０６ａ、１０６ｂとの間の各伝送路には、それぞれ電力検出部２２０ａ、２２０ｂが配設されている。電力検出部２２０ａ、２２０ｂは、サーキュレータ２１９ａ、２１９ｂから第２給電部１０６ａ、１０６ｂ側にそれぞれ伝送するマイクロ波、および第２加熱室１００ｂから第２給電部１０６ａ、１０６ｂを介してサーキュレータ２１９ａ、２１９ｂ側に戻る反射マイクロ波のそれぞれの電力量を検出する。【００８７】
実施の形態２のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波発生部１０の動作を制御する制御部２２１が設けられている。制御部２２１は、電力検出部２２０ａ、２２０ｂが検出した各信号を受け取り、各種処理を行った後、マイクロ波発振部１１の発振周波数の可変制御を行っている。【００８８】
電力検出部２２０ａ、２２０ｂは、結合度が約４０ｄＢの方向性結合器で構成されており、伝送および反射のマイクロ波電力の約１／１００００の電力量を検出する。各電力検出部２２０ａ、２２０ｂにおいて、検出された電力量を示す電力信号は、それぞれ検波ダイオード（図示省略）で整流化され、コンデンサ（図示省略）で平滑処理されて、出力される。それぞれの出力信号は制御部２２１に入力される。【００８９】
次に、以上のように構成された本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置の動作について図７から図１０を参照しつつ説明する。
図７は、実施の形態２のマイクロ波加熱装置における電力検出部２２０ａ、２２０ｂの検出信号の一例を示す特性図である。図７において、グラフの横軸は周波数［ＭＨｚ］、縦軸は電力検出部２２０ａ、２２０ｂが検出した第２給電部側に伝送する電力（伝送電力）の総和、および第２給電部１０６ａ、１０６ｂからサーキュレータ２１９ａ、２１９ｂ側に戻る電力（反射電力）の総和をマイクロ波発生部１０の出力の総和に対する比率［％］で示している。特性曲線Ｇ２１０は伝送電力の比率、特性曲線Ｇ２１１は反射電力の比率である。【００９０】
伝送電力を示す特性曲線Ｇ２１０においては、伝送電力値が極小値を示す周波数ｆ１、ｆ２を有しており、また伝送電力が最大値を示す周波数ｆ３を有している。反射電力を示す特性曲線Ｇ２１１において、周波数帯域の全般にわたって低位レベルであるが、第２給電部１０６ａ、１０６ｂからサーキュレータ側に戻る反射電力が生じる周波数帯域が、高い周波数領域において存在することが示されている。この反射電力は、マイクロ波吸収体層１０４の吸収能力、およびマイクロ波を吸収して発熱することにともなうマイクロ波吸収体層１０４のインピーダンス変化に応じた特性の変化により生じたものである。【００９１】
なお、図７のグラフにおいて、破線で示す直線Ｇ２１２は、マイクロ波発生部１０を定格出力で動作させた時の反射電力の比率が１０％のところを示すものである。この１０％のレベル、すなわち定格出力の１０％に対応する反射電力の絶対値を基準値として、この基準値を超過すると制御部２２１はマイクロ波発振部１１の発振周波数を異なる周波数に切替え制御し、および／またはマイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂ、２１５ａ、２１５ｂの駆動電圧を減じてマイクロ波発生部１０の出力を低減させる制御を実行する。【００９２】
以下に、本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置の詳細な制御例について図８から図１０のフローチャートを用いて説明する。
被加熱物１０１を加熱室１００内に収納されて仕切部１０３上に載置され、加熱条件が操作部（図示省略）において設定され、加熱開始キーが押圧されて加熱開始信号が発生する（図８のステップＳ２１１）。加熱開始信号が入力された制御部２２１においては、制御出力信号を生成して、マイクロ波発生部１０を第１の出力電力、たとえば１００Ｗ未満の電力、に設定して動作を開始する（ステップＳ２１２）。このとき制御部２２１は、所定の駆動電源電圧を初段マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂおよび主マイクロ波増幅部２１５ａ、２１５ｂに供給する。また、制御部２２１は、マイクロ波発振部１１の初期の発振周波数を、たとえば２４００ＭＨｚに設定する制御信号を出力し、マイクロ波発振部１１の発振動作を開始させる。このように、マイクロ波発生部１０は、初期段階において、たとえば２４００ＭＨｚで１００Ｗ未満のマイクロ波電力を第１の出力電力として出力する。【００９３】
次に、ステップＳ２１３では、マイクロ波発振部１１の発振周波数を初期の２４００ＭＨｚから１ＭＨｚピッチ（たとえば、１０ミリ秒で１ＭＨｚ）で高い周波数の方へ変化させ、周波数可変範囲の上限である２５００ＭＨｚまで変化させる。この周波数可変動作において、電力検出部２２０ａ、２２０ｂから得られる伝送電力と反射電力をそれぞれ記憶し、ステップＳ２１４に進む。【００９４】
ステップＳ２１４では、被加熱物１０１の加熱条件に基づいて、制御内容を選択する。加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合は、図１０に示すステップＳ２３４に進む。加熱条件が焼き加熱以外の場合にはステップＳ２１５に進む。焼き加熱以外の場合とは、主にマイクロ波を利用して被加熱物１０１を加熱、或いは解凍加熱などを行う場合である。【００９５】
ステップＳ２１５では、電力検出部２２０ａ、２２０ｂから得た伝送電力の総和が周波数特性曲線において極小値を示す周波数（たとえば、図７における周波数ｆ１、ｆ２）を抽出処理し、ステップＳ２１６に進む。ステップＳ２１６では、加熱条件が被加熱物１０１を高速加熱または均一加熱のいずれかに対応して以降の制御ルーチンを選択する。加熱条件が高速加熱の場合にはステップＳ２１７に進み、均一加熱の場合には図９のステップＳ２２３に進む。高速加熱および均一加熱はマイクロ波加熱モードである。【００９６】
まず、マイクロ波加熱モードのひとつである、加熱条件がマイクロ波を用いた高速加熱の場合について説明する。
加熱条件として高速加熱が選択された場合には、ステップＳ２１７において、伝送電力が最小値を示す周波数（たとえば、図７における周波数ｆ１）を発振周波数として設定して、ステップＳ２１８に進む。
ステップＳ２１８では、マイクロ波発生部１０が定格出力である第２の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部２１５ａ、２１５ｂの駆動電圧を設定する。【００９７】
次に、ステップＳ２１８において設定された第２の出力電力（定格出力）で本格加熱動作が開始される（ステップＳ２１９）。本格加熱動作において、ステップＳ２２０に進み、電力検出部２２０ａ、２２０ｂが検出する反射電力が所定値（マイクロ波発生部１０の定格出力の１０％に相当する値）以下にあるかどうかを判定する。反射電力が前記所定値を超過していない場合にはステップＳ２２１に進み、超過している場合にはステップＳ２２２に進む。ステップＳ２２２では初段マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部２１５ａ、２１５ｂの駆動電圧を低減制御し、反射電力が前記所定値以下になるように調整してステップＳ２２１に進む。【００９８】
ステップＳ２２１では、被加熱物１０１の加熱進捗を判定する。この加熱進捗は、加熱条件として加熱処理時間が設定されている場合には、その加熱処理時間に到達したか否かを判定する。加熱処理時間に到達していない場合にはステップＳ２２０に戻り、到達している場合には加熱動作を終了させる。【００９９】
なお、実施の形態２のマイクロ波加熱装置が被加熱物１０１の物理情報、たとえば被加熱物１０１に関する表面温度、大きさ、量などを検出する手段が設けられている場合には、その物理情報の検出手段の検出信号に基づいて加熱が完了したか否かを判定してもよい。物理情報の検出手段として、たとえば温度検知手段の場合、所望温度（たとえば７５℃）に到達しているか否かの判定を行う。未到達の場合はステップＳ２２０に戻り、到達している場合は加熱動作を終了させる。また、被加熱物１０１に関する大きさ、量を検出する手段が設けられている場合には、調理方法などの処理方法に応じて、大きさ、量のそれぞれの範囲に対して予め決められた加熱動作時間を抽出し、その加熱動作時間に到達したか否かにより加熱動作の終了を決定してもよい。【０１００】
上記のように、電力検出部２２０ａ、２２０ｂの検出した伝送電力が最小値となる周波数を発生させるようにマイクロ波発振部１１を制御することにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから第１加熱室１００ａ内に供給され、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化して、被加熱物１０１に対する高速加熱処理を実行することができる。【０１０１】
次に、マイクロ波加熱モードの他のひとつである、加熱条件が被加熱物１０１の均一加熱の場合について説明する。
以下に説明する均一加熱の制御は、前述の実施の形態１において説明した加熱室１００内に生じる複数の共振モードを利用したものである。
図８に示すステップＳ２１６において加熱条件が均一加熱であると判定した場合には、図９のステップＳ２２３に進む。【０１０２】
ステップＳ２２３において、伝送電力が最小値を示す周波数（たとえば、図７における周波数ｆ１）を発振周波数に設定して、ステップＳ２２４に進む。
ステップＳ２２４では、マイクロ波発生部１０が定格出力である第２の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部２１５ａ、２１５ｂの駆動電圧が設定される。次に、ステップＳ２２４において設定された第２の出力電力で本格加熱動作が開始される（ステップＳ２２５）。本格加熱動作において、ステップＳ２２６に進み、電力検出部２２０ａ、２２０ｂがそれぞれ検出する反射電力が所定値以下、たとえばマイクロ波発生部１０の定格出力の１０％の値以下にあるかどうかを判定する。反射電力が前記所定値を超過していない場合にはステップＳ２２７に進み、超過している場合にはステップＳ２２８に進む。ステップＳ２２８では初段マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部２１５ａ、２１５ｂの駆動電圧を低減制御し、前記所定値以下に調整してステップＳ２２７に進む。【０１０３】
ステップＳ２２７では、同一周波数において動作させる時間を規定した所定時間に対して現時点での動作時間が所定時間に到達したか否かを判定する。動作時間が所定時間に未到達の場合にはステップＳ２２６に戻り、到達している場合にはステップＳ２２９に進む。
ステップＳ２２９では、電力検出部２２０ａ、２２０ｂが検出した伝送電力が極小値を示す発振周波数群の中で、伝送電力が二番目に小さい周波数（たとえば、図７において周波数ｆ２）に設定してステップＳ２３０に進む。【０１０４】
なお、図７に示した特性曲線の場合には、極小値を示す周波数が２つであり、それぞれを切換選択することになる。ただし、図７に一例として示した特性曲線においては、伝送電力の比率が１０％以下の周波数が周波数ｆ１の帯域だけであるため、均一加熱するためには出力電力を低減するか、若しくは極小値を示す周波数の切換選択を取り止めたり、動作時間を制限したりする制御を行う必要がある。【０１０５】
また、極小値を示す周波数が３つ以上ある場合には、伝送電力の低い周波数から順次高い周波数の方へ切換選択する。この切換選択のとき、最大の極小値を示す周波数に到達したときには、一旦、最小の極小値を示す周波数に戻り、再度順次高い周波数の方へ切換選択していってもよく、若しくは最大の極小値を示す周波数の次に逆戻りするように順次低い周波数の方へ切換選択していってもよい。【０１０６】
ステップＳ２３０〜Ｓ２３２は、前述のステップＳ２２６〜Ｓ２２８と同様の制御動作を実行する。ステップＳ２３２において現在の発振周波数での動作時間が所定時間に到達するとステップＳ２３３に進む。
ステップＳ２３３においては、前述したステップＳ２２１と同様の制御動作を実行し、加熱処理が完了していないと判定されるとステップＳ２２９に戻り、加熱処理が完了したと判定されると加熱動作を終了する。【０１０７】
上記のように、電力検出部２２０ａ、２２０ｂの検出する伝送電力が極小値となる周波数群の周波数を順次発生させるように、マイクロ波発振部１１を制御することにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから第１加熱室１００ａ内に供給するマイクロ波を形成する。そして、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化するとともに、第１給電部１０５ａ、１０５ｂがマイクロ波を供給する加熱室空間のマイクロ波分布を変化させることにより、被加熱物１０１に対する均一加熱を実行することができる。【０１０８】
次に、加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合について説明する。焼き加熱は輻射伝導加熱モードである。
図８に示すステップＳ２１４では、被加熱物１０１の加熱条件に基づいて、制御内容が選択される。加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合には、図１０に示すステップＳ２３４に進む。
ステップＳ２３４では伝送電力が最大値を示す周波数（たとえば、図７における周波数ｆ３）にマイクロ波発振部１１の発振周波数を設定し、ステップＳ２３５に進む。【０１０９】
ステップＳ２３５では、マイクロ波発生部１０を定格出力である第２の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部２１５ａ、２１５ｂの駆動電圧が設定される。次に、ステップＳ２３５において設定された第２の出力電力で本格加熱動作が開始される（ステップＳ２３６）。本格加熱動作において、ステップＳ２３７に進み、電力検出部２２０ａ、２２０ｂがそれぞれ検出する反射電力が所定値（マイクロ波発生部１０の定格出力に対する反射電力の比率が１０％に相当する値）以下にあるかどうかを判定する。反射電力が前記所定値を超過していない場合にはステップＳ２３８に進み、超過している場合にはステップＳ２３９に進む。ステップＳ２３９では初段マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部２１５ａ、２１５ｂの駆動電圧を低減制御して、反射電力が前記所定値以下になるように調整してステップＳ２３８に進む。【０１１０】
ステップＳ２３８では、被加熱物１０１の加熱進捗を判定する。この加熱進捗は、加熱条件として入力された加熱処理時間に到達したか否かを判定する。加熱処理時間に到達していない場合にはステップＳ２３７に戻り、到達している場合は加熱動作を終了させる。【０１１１】
上記のように、実施の形態２のマイクロ波加熱装置における焼き加熱においては、電力検出部２２０ａ、２２０ｂの検出する伝送電力が最大値を示す周波数を発生させるようにマイクロ波発振部１１を制御することにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから第１加熱室１００ａ内に供給され、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量を最小化している。このため、第２給電部１０６ａ、１０６ｂから第２加熱室１００ｂ内に供給されるマイクロ波エネルギが最大化され、マイクロ波吸収体層１０４が消費するマイクロ波エネルギ量が最大化して、被加熱物１０１に対する焼き加熱を促進させることができる。【０１１２】
なお、実施の形態２のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波加熱モードおよび輻射伝導加熱モードはそれぞれ単独で実行させるだけでなく、相互に組み合わせて複合加熱モードとして実行させることも可能である。【０１１３】
実施の形態２のマイクロ波加熱装置における加熱制御動作について説明したが、以下この加熱制御動作による効果について説明する。
被加熱物１０１に対する加熱開始とともにマイクロ波発振部１１の発振周波数をその可変可能帯域の全域にわたって所定の周波数間隔にて可変させることにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから第１加熱室１００ａ側、および第２給電部１０６ａ、１０６ｂから第２加熱室１００ｂ側をそれぞれ見たときの負荷インピーダンスを変化させることができる。このように負荷インピーダンスを変化させることにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから第１加熱室１００ａ内に供給され、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量と、第１加熱室１００ａから第１給電部１０５ａ、１０５ｂに戻り、サーキュレータ２１９ａ、２１９ｂを介して第２給電部１０６ａ、１０６ｂから第２加熱室１００ｂに供給されて、マイクロ波吸収体層１０４に吸収されるマイクロ波エネルギ量との比率を、発振周波数をパラメータとして任意に選択することができる。この結果、要求される加熱条件に応じて被加熱物１０１を効果的に加熱させることができる。【０１１４】
第１加熱室１００ａは収納される被加熱物１０１の形状、種類、量によって、同一周波数であっても負荷インピーダンスは変化する。しかし、最適な発振周波数を選択することにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから第１加熱室１００ａ側を見たときの負荷インピーダンスを、第１給電部１０５ａ、１０５ｂからマイクロ波発生部１０側を見たときの電源インピーダンスに近づけて、第１給電部１０５ａ、１０５ｂへの反射電力、或いは第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力を低減することができる。このように、第１給電部１０５ａ、１０５ｂへの反射電力、或いは第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力が最も少ない値となる発振周波数を利用することにより、被加熱物１０１に対するマイクロ波エネルギの受熱量を最大化し、被加熱物１０１を高速に加熱させることができる。【０１１５】
また、第１給電部１０５ａ、１０５ｂへの反射電力の総和、或いは第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力の総和が周波数特性において極小値を示周波数群において、その周波数群における周波数を順次に切り替えて、第１加熱室１００ａおよび第２加熱室１００ｂに供給することにより、第１加熱室１００ａおよび第２加熱室１００ｂ内に生じるマイクロ波分布を変化させることができる。この結果、被加熱物１０１およびマイクロ波吸収体層１０４の均一加熱を促進させることができる。【０１１６】
以上のように、実施の形態２のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａにおいて、前述の周波数選択制御により、被加熱物１０１に対する高速加熱、或いは均一加熱を効率高く実行することができる。【０１１７】
実施の形態２のマイクロ波加熱装置において、第１加熱室１００ａから第１給電部１０５ａ、１０５ｂへの反射電力の総和、或いは第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力の総和が大きい周波数が数多く存在する。実施の形態２のマイクロ波加熱装置は、第２給電部１０６ａ、１０６ｂから第２加熱室１００ｂ内に供給するマイクロ波電力量が大きい周波数を利用して、被加熱物１０１の焼き加熱を実現させている。すなわち、第１給電部１０５ａ、１０５ｂへの反射電力の総和、或いは第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力の総和が最大となる周波数を選択し、その選択した周波数にてマイクロ波発生部１０を動作させている。このようにマイクロ波発生部１０を動作させることにより、被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａにおける被加熱物１０１へのマイクロ波の受熱量は最小になる。そして、第１加熱室１００ａ内で消費されずに第１給電部１０５ａ、１０５ｂへ戻る反射マイクロ波は、サーキュレータ２１９ａ、２１９ｂを介してそれぞれ第２給電部１０６ａ、１０６ｂへ伝送されて、第２加熱室１００ｂ内に供給されている。第２加熱室１００ｂ内に供給されたマイクロ波は、マイクロ波吸収体層１０４に吸収され、このマイクロ波吸収体層１０４が発熱する。マイクロ波吸収体層１０４の発熱は、接合した仕切部１０３に伝熱し、高温になった仕切部１０３が被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａ内に対して熱輻射する。この熱輻射を被加熱物１０１が受熱することにより、マイクロ波吸収体層１０４は熱飽和に至ることなく供給されたマイクロ波をほぼ１００％消費することができる。この結果、実施の形態２のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を高速に焼き加熱することができる。【０１１８】
以上のように、実施の形態２のマイクロ波加熱装置においては、加熱室１００内に供給されたマイクロ波発生部１０の出力電力を、被加熱物１０１およびマイクロ波吸収体層１０４にてほぼ完全に消費させることができる。これにより、マイクロ波発生部１０の出力は、ほぼ１００％被加熱物１０１の加熱処理において消費されることになる。したがって、本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置によれば、優れた省エネルギ特性を有する加熱装置を提供することができる。【０１１９】
なお、マイクロ波吸収体層１０４が熱飽和に至りマイクロ波の吸収能力が飽和した場合には、第２加熱室１００ｂから第２給電部１０６ａ、１０６ｂ側への反射電力を生じる。この反射電力はサーキュレータ２１９ａ、２１９ｂを介してマイクロ波発生部１０側に反射することになり、マイクロ波発生部１０の能動素子である半導体素子が熱破壊される危険性が生じる。このような熱破壊を防止するべく、本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置においては、第２給電部１０６ａ、１０６ｂからの反射電力がそれぞれ所定レベル（たとえば、マイクロ波発生部１０の定格出力の１０％に相当する値）を超過すると、対応している各マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂ、２１５ａ、２１５ｂの駆動電圧を低減させるように制御している。このように制御することにより、増幅動作に伴う熱損失量を減少させるとともに反射電力を低減して半導体素子の熱破壊を確実に保護している。【０１２０】
また、本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置において、焼き加熱の制御を第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力が最大となる周波数のみで動作させてもよいし、第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力が最大の周波数を中心周波数として特定の帯域内（たとえば、２０ＭＨｚ）で周波数をスイープさせる制御を行ってもよい。周波数をスイープさせる制御を行うことにより、マイクロ波吸収体層１０４の全域が均一に加熱されるため、底面積の大きい被加熱物１０１に対する焼き加熱を効果的に実行することができる。
前述した焼き加熱のいろいろな制御方法の選択は、被加熱物１０１の形状、種類、量などに応じて予め設定するよう構成してもよい。【０１２１】
（実施の形態３）
以下、本発明に係る実施の形態３のマイクロ波加熱装置について添付の図１１から図１５を用いて説明する。図１１は実施の形態３のマイクロ波加熱装置の構成を示すブロック図である。図１２は実施の形態３のマイクロ波加熱装置における周波数特性図である。図１３から図１５は実施の形態３のマイクロ波加熱装置における動作を示すフローチャートである。実施の形態３の説明において前述の実施の形態１と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付して、その説明は実施の形態１における説明を適用する。【０１２２】
図１１において、実施の形態３のマイクロ波加熱装置は２つのマイクロ波発生部１０ａ、１０ｂを有している。第１マイクロ波発生部１０ａは、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発振部３１１、マイクロ波発振部３１１の出力が入力される初段マイクロ波増幅部３１２、および初段マイクロ波増幅部３１２の出力をさらに増幅する主マイクロ波増幅部３１４を有して構成されている。また、第１マイクロ波発生部１０ａは、マイクロ波発振部３１１の出力を初段マイクロ波増幅部３１２に導くマイクロ波伝送路３１３と、主マイクロ波増幅部３１４の出力を出力部３１５に導くマイクロ波伝送路３１６とを有している。初段マイクロ波増幅部３１２および主マイクロ波増幅部３１４は、半導体素子を用いて構成されている。【０１２３】
同様に、第２マイクロ波発生部１０ｂは、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発振部３２１、マイクロ波発振部３２１の出力が入力される初段マイクロ波増幅部３２２、および初段マイクロ波増幅部３２２の出力をさらに増幅する主マイクロ波増幅部３２４を有して構成されている。また、第２マイクロ波発生部１０ｂは、マイクロ波発振部３２１の出力を初段マイクロ波増幅部３２２に導くマイクロ波伝送路３２３と、主マイクロ波増幅部３１４の出力を出力部３２５に導くマイクロ波伝送路３２６とを有している。初段マイクロ波増幅部３２２および主マイクロ波増幅部３２４は、半導体素子を用いて構成されている。【０１２４】
第１マイクロ波発生部１０ａおよび第２マイクロ波発生部１０ｂは同様の構成を有しており、低誘電損失材料により構成された誘電体基板上にそれぞれ形成されている。初段マイクロ波増幅部３１２、３２２および主マイクロ波増幅部３１４、３２４は、誘電体基板の片面に形成された導電体パターンの回路で構成されており、各マイクロ波増幅部３１２、３１４、３２２、３２４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が設けられている。【０１２５】
マイクロ波伝送路３１３、３２３、３１６、３２６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５０Ωの伝送回路が形成されている。
第１マイクロ波発生部１０ａおよび第２マイクロ波発生部１０ｂにおけるそれぞれのマイクロ波発振部３１１、３２１は、２４００ＭＨｚから２５００ＭＨｚの周波数を発生する周波数可変機能をそれぞれ備えている。【０１２６】
図１１に示すように、実施の形態２のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を収納するとともにマイクロ波発生部１０ａ、１０ｂから出力されたマイクロ波が供給される加熱室１００を備えている。加熱室１００には、被加熱物１０１を出し入れするための扉（図示省略）が加熱室１００を構成する一壁面に設けられている。加熱室１００において、扉を設けた壁面以外の壁面は金属材料の遮蔽版で構成されており、加熱室１００内に供給されたマイクロ波を加熱室内部に閉じ込めるように構成されている。加熱室１００内には、加熱室底壁面１０２と所定の間隔を有して配置されて加熱室内空間を仕切るとともに、被加熱物１０１を載置するための仕切部１０３が設けられている。したがって、加熱室内空間は、仕切部１０３により、仕切部１０３の上側空間において被加熱物１０１を収納する第１加熱室１００ａと、仕切部１０３の下側空間となる第２加熱室１００ｂとに区分けされている。この仕切部１０３は金属材料により構成されているが、仕切部１０３の被加熱物載置面と反対側の面（裏面）、即ち第２加熱室１００ｂに対向する面にはマイクロ波吸収材を含有するマイクロ波吸収体であるマイクロ波吸収体層１０４が密着して設けられている。【０１２７】
また、加熱室１００には、被加熱物１０１を収納する第１加熱室１００ａ内にマイクロ波を供給する第１給電部１０５、およびマイクロ波吸収体層１０４が一壁面を構成する第２加熱室１００ｂ内にマイクロ波を供給する第２給電部１０６および第３給電部１０７が設けられている。
第２加熱室１００ｂにおいては、供給されたマイクロ波がマイクロ波吸収体層１０４の全域に分散放射されるように第３給電部１０７がマイクロ波吸収体層１０４に対向する加熱室底壁面１０２の略中央部に配置されている。また、第２給電部１０６は第３給電部１０７から放射されるマイクロ波との結合が弱い壁面位置に設けるか、或いは給電アンテナ形状を有している。この第２給電部１０６から放射されるマイクロ波は、第１給電部１０５が第１加熱室１００ａから受け取った反射マイクロ波である。【０１２８】
仕切部１０３の裏面を覆うマイクロ波吸収体層１０４は、前述の実施の形態１におけるマイクロ波吸収体層１０４と同様に、フェライトと樹脂材とを混合させて構成したマイクロ波吸収材を基材としたものであり、耐熱塗装を施した仕切部１０３の裏面の接合面に接着されている。
なお、仕切部１０３の接合面は凹凸形状となっておりマイクロ波吸収体層１０４の表面積を大きく形成して、第２加熱室１００ｂに供給されたマイクロ波の吸収性能を向上させている。【０１２９】
図１１に示すように、第１マイクロ波発生部１０ａからの出力は、循環型の非可逆回路を構成するサーキュレータ３１７を介して第１給電部１０５に伝送され、第１加熱室１００ａ内に供給される。第１加熱室１００ａ内において消費されずに第１給電部１０５からサーキュレータ３１７側に戻る反射マイクロ波は、サーキュレータ３１７により第２給電部１０６に伝送される。このように各サーキュレータ３１７は、第１給電部１０５からサーキュレータ３１７側に戻る反射マイクロ波を、第２給電部１０６に伝送させるように構成配置している。
また、サーキュレータ３１７と第２給電部１０６との間の伝送路には、電力検出部３３０ａが配設されている。電力検出部３３０ａは、サーキュレータ３１７から第２給電部１０６側に伝送するマイクロ波、および第２加熱室１００ｂから第２給電部１０６を介してサーキュレータ３１７側に戻る反射マイクロ波のそれぞれの電力量を検出する。【０１３０】
一方、第２マイクロ波発生部１０ｂの出力は、第３給電部１０７に伝送されている。第２マイクロ波発生部１０ｂの出力部３２５と第３給電部１０７との間の伝送路には、電力検出部３３０ｂが配設されている。電力検出部３３０ｂは、出力部３２５から第３給電部１０７側に伝送するマイクロ波、および第２加熱室１００ｂから第３給電部１０７を介して出力部３２５側に戻る反射マイクロ波のそれぞれの電力量を検出する。【０１３１】
実施の形態３のマイクロ波加熱装置においては、第１マイクロ波発生部１０ａおよび第２マイクロ波発生部１０ｂのそれぞれの動作を制御する制御部３３１が設けられている。制御部３３１は、電力検出部３３０ａ、３３０ｂが検出した信号を受け取り、各種処理を行った後、マイクロ波発振部３１１、３２１のそれぞれの発振周波数の可変制御を行っている。【０１３２】
電力検出部３３０ａ、３３０ｂは、結合度が約４０ｄＢの方向性結合器で構成されており、伝送および反射のマイクロ波電力の約１／１００００の電力量を検出する。各電力検出部３３０ａ、３３０ｂにおいて、検出された電力量を示す電力信号は、それぞれ検波ダイオード（図示省略）で整流化され、コンデンサ（図示省略）で平滑処理されて、出力される、それぞれの出力信号は制御部３３１に入力される。【０１３３】
次に、以上のように構成された本発明に係る実施の形態３のマイクロ波加熱装置の動作について図１２から図１５を参照しつつ説明する。
図１２は、実施の形態３のマイクロ波加熱装置における電力検出部３３０ａ、３３０ｂの検出信号の一例を示す特性図である。図１２において、グラフの横軸は周波数［ＭＨｚ］、縦軸は電力検出部３３０ａ、３３０ｂが検出した第２給電部側に伝送する電力（伝送電力）、および第２給電部１０６と第３給電部１０７から戻る電力（反射電力）を各マイクロ波発生部１０ａ、１０ｂの出力電力に対する比率で示している。特性曲線Ｇ３１０は電力検出部３３０ａが検出した伝送電力の比率、特性曲線Ｇ３１１は電力検出部３３０ａが検出した反射電力の比率、および特性曲線Ｇ３１２は電力検出部３３０ｂが検出した反射電力の比率である。【０１３４】
伝送電力を示す特性曲線Ｇ３１０において、伝送電力が極小値を示す周波数ｆ１、ｆ２を有しており、また伝送電力が最大値を示す周波数ｆ３を有している。反射電力を示す特性曲線Ｇ３１１において、第２給電部１０６からサーキュレータ３１７側に戻る反射電力が周波数帯域によってわずかではあるが存在することを示している。この反射電力は、マイクロ波吸収体層１０４の吸収能力、およびマイクロ波を吸収して発熱することにともなうマイクロ波吸収体層１０４のインピーダンス変化に応じた特性の変化により生じたものである。【０１３５】
なお、図１２のグラフにおいて、破線で示す直線Ｇ３１３は、第１マイクロ波発生部１０ａを定格最大出力により動作させた時の反射電力の比率が１０％のレベルを示すものである。この反射電力の絶対値レベルを超過すると制御部３３１はマイクロ波発振部３１１の発振周波数を異なる周波数に切替え制御し、および／またはマイクロ波増幅部３１２、３１４の駆動電圧を減じて、マイクロ波発生部１０ａの出力を低減させる制御を実行する。【０１３６】
特性曲線Ｇ３１２に示すように、反射電力の比率は全般的に低位レベルであるが、その中でも最小値を示す周波数ｆ１１があり、制御部３３１は第２マイクロ波発生部１０ｂが最小値を示す周波数ｆ１１を発生するようにマイクロ波発振部３２１を制御する。なお、マイクロ波吸収体層１０４が設けられている第２加熱室１００ｂは、特性曲線Ｇ３１２の特性が示すような空間が形成されている。【０１３７】
以下に、本発明に係る実施の形態３のマイクロ波加熱装置の詳細な制御例について図１３から図１５のフローチャートを用いて説明する。
被加熱物１０１を加熱室１００内に収納されて仕切部１０３上に載置され、加熱条件が操作部（図示省略）において設定され、加熱開始キーが押圧されて加熱開始信号が発生する（図１３のステップＳ３１１）。加熱開始信号が入力された制御部３３１においては、制御出力信号を生成して、第１マイクロ波発生部１０ａを第１の出力電力、たとえば１００Ｗ未満の電力、に設定して動作を開始する（ステップＳ３１２）。このとき制御部３３１は、所定の駆動電源電圧を初段マイクロ波増幅部３１２および主マイクロ波増幅部３１４に供給する。また、制御部３３１は、マイクロ波発振部３１１の初期の発振周波数を、たとえば２４００ＭＨｚに設定する制御信号を出力し、マイクロ波発振部３１１の発振動作を開始させる。このように、第１マイクロ波発生部１０ａは、初期段階において、たとえば２４００ＭＨｚで１００Ｗ未満のマイクロ波電力を第１の出力電力として出力する。【０１３８】
次に、ステップＳ３１３では、マイクロ波発振部１１の発振周波数を初期の２４００ＭＨｚから１ＭＨｚピッチ（たとえば、１０ミリ秒で１ＭＨｚ）で高い周波数の方へ変化させ、周波数可変範囲の上限である２５００ＭＨｚまで変化させる。この周波数可変動作において、電力検出部３３０ａから得られる伝送電力と反射電力をそれぞれ記憶し、ステップＳ３１４に進む。【０１３９】
ステップＳ３１４では、被加熱物１０１の加熱条件に基づく制御内容を選択する。加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合は、図１５に示すステップＳ３３４に進む。加熱条件が焼き加熱以外の場合にはステップＳ３１５に進む。焼き加熱以外の場合とは、主にマイクロ波を利用して被加熱物１０１を加熱、或いは解凍加熱などを行う場合である。【０１４０】
ステップＳ３１５では、電力検出部３３０ａから得た伝送電力の総和が周波数特性曲線において極小値を示す周波数（たとえば、図１２における周波数ｆ１、ｆ２）を抽出処理し、ステップＳ３１６に進む。ステップＳ３１６では、加熱条件が被加熱物１０１を高速加熱または均一加熱のいずれかに対応して以降の制御ルーチンを選択する。加熱条件が高速加熱の場合にはステップＳ３１７に進み、均一加熱の場合には図１４に示すステップＳ３２３に進む。高速加熱および均一加熱はマイクロ波加熱モードである。【０１４１】
まず、マイクロ波加熱モードのひとつである、加熱条件がマイクロ波を用いた高速加熱の場合について説明する。
加熱条件として高速加熱が選択された場合には、ステップＳ３１７において、伝送電力が最小値を示す周波数（たとえば、図１２における周波数ｆ１）を発振周波数として設定して、ステップＳ３１８に進む。
ステップＳ３１８では、第１マイクロ波発生部１０ａが定格出力である第２の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部３１２および／または主マイクロ波増幅部３１４の駆動電圧を設定する。【０１４２】
次に、ステップＳ３１８において設定された第２の出力電力で本格加熱動作が開始される（ステップＳ３１９）。本格加熱動作において、ステップＳ３２０に進み、電力検出部３３０ａが検出する反射電力の絶対値が所定値（第１マイクロ波発生部１０ａを定格出力である第２の出力電力で動作させた時における、定格出力に対する反射電力の比率が１０％）以下にあるかどうかを判定する。反射電力の絶対値が前記所定値を超過していない場合にはステップＳ３２１に進み、超過している場合にはステップＳ３２２に進む。ステップＳ３２２では初段マイクロ波増幅部３１２および／または主マイクロ波増幅部３１４の駆動電圧を低減制御して、反射電力の絶対値が前記所定値以下になるように調整してステップＳ３２１に進む。【０１４３】
ステップＳ３２１では、被加熱物１０１の加熱進捗を判定する。この加熱進捗は、加熱条件として加熱処理時間が設定されている場合には、その加熱処理時間に到達したか否かを判定する。加熱処理時間が到達していない場合にはステップＳ３２０に戻り、到達している場合には加熱を終了させる。【０１４４】
なお、実施の形態３のマイクロ波加熱装置が被加熱物１０１の物理情報、たとえば被加熱物１０１に関する表面温度、大きさ、量などを検出する手段が設けられている場合には、その物理情報の検出手段の検出信号に基づいて加熱が完了したか否かを判定してもよい。物理情報の検出手段として、たとえば温度検知手段の場合、所望温度（たとえば７５℃）に到達しているか否かの判定を行う。未到達の場合はステップＳ３２０に戻り、到達している場合は加熱動作を終了させる。また、被加熱物１０１に関する大きさ、量を検出する手段が設けられている場合には、調理方法などの処理方法に応じて、大きさ、量のそれぞれの範囲に対して予め決められた加熱動作時間を抽出し、その加熱動作時間に到達したか否かにより加熱動作の終了を決定してもよい。【０１４５】
上記のように、電力検出部３３０ａが検出した伝送電力が最小値となる周波数を発生させるようにマイクロ波発振部３１１を制御することにより、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ内に供給する、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化して、被加熱物１０１に対する高速加熱処理を実行することができる。【０１４６】
次に、マイクロ波加熱モードの他のひとつである、加熱条件が被加熱物１０１の均一加熱の場合について説明する。
以下に説明する均一加熱の制御は、前述の実施の形態１において説明した加熱室１００内に生じる複数の共振モードを利用したものである。
図１３に示すステップＳ３１６において加熱条件が均一加熱であると判定した場合には、図１４のステップＳ３２３に進む。【０１４７】
ステップＳ３２３において、伝送電力が最小値を示す周波数（たとえば、図１２における周波数ｆ１）を発振周波数に設定して、ステップＳ３２４に進む。
ステップＳ３２４では、第１マイクロ波発生部１０ａが定格出力である第２の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部３１２および／または主マイクロ波増幅部３１４の駆動電圧が設定される。次に、ステップＳ３２４において設定された第２の出力電力で本格加熱動作が開始される（ステップＳ３２５）。本格加熱動作において、ステップＳ３２６に進み、電力検出部３３０ａが検出する反射電力の絶対値が所定値以下、たとえば第１マイクロ波発生部１０ａの定格出力である第２の出力で動作させた時における、定格出力に対する反射電力の比率が１０％以下にあるかどうかを判定する。反射電力の絶対値が前記所定値を超過していない場合にはステップＳ３２７に進み、超過している場合にはステップＳ３２８に進む。ステップＳ３２８では初段マイクロ波増幅部３１２および／または主マイクロ波増幅部３１４の駆動電圧を低減制御して、前記所定値以下に調整してステップＳ３２７に進む。【０１４８】
ステップＳ３２７では、同一周波数において動作させる時間を規定した所定時間に対して現時点での動作時間が所定時間に到達したか否かを判定する。動作時間が所定時間に未到達の場合にはステップＳ３２６に戻り、到達している場合にはステップＳ３２９に進む。
ステップＳ３２９では、電力検出部３３０ａが検出した伝送電力が極小値を示す発振周波数群の中で、伝送電力が二番目に小さい周波数（たとえば、図１２において周波数ｆ２）に設定してステップＳ３３０に進む。【０１４９】
なお、図１２に示した特性曲線の場合には、極小値を示す周波数が２つであり、それぞれを切換選択することになる。ただし、図１２に一例として示した特性曲線においては、伝送電力の比率が１０％以下の周波数が周波数ｆ１の近辺の帯域だけであるため、均一加熱するためには出力電力を低減するか、若しくは極小値を示す周波数の切換選択を取り止めたり、動作時間を制限したりする制御を行う必要がある。【０１５０】
また、極小値を示す周波数が３つ以上ある場合には、伝送電力の低い周波数から順次高い周波数の方へ切換選択する。この切換選択のとき、最大の極小値を示す周波数に到達したときには、一旦、最小の極小値を示す周波数に戻り、再度順次高い周波数の方へ切換選択していってもよく、若しくは最大の極小値を示す周波数の次に逆戻りするように順次低い周波数の方へ切換選択していってもよい。【０１５１】
ステップＳ３３０〜Ｓ３３２は、前述のステップＳ３２６〜Ｓ３２８と同様の制御動作を実行する。ステップＳ３３２において現在の発振周波数での動作時間が所定時間に到達するとステップＳ３３３に進む。
ステップＳ３３３においては、前述したステップＳ３２１と同様の制御動作を実行し、加熱処理が完了していないと判定されるとステップＳ３２９に戻り、加熱動作が完了したと判定されると加熱動作を終了する。【０１５２】
上記のように、電力検出部３３０ａの検出する伝送電力が極小値となる周波数群の周波数を順次発生させるようにマイクロ波発振部３１１を制御することにより、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ内に供給する、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化するとともに、第１給電部１０５がマイクロ波を供給する加熱室空間のマイクロ波分布を変化させることにより、被加熱物１０１に対する均一加熱を実行することができる。【０１５３】
次に、加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合について説明する。焼き加熱は輻射伝導加熱モードである。
図１３に示すステップＳ３１４では、被加熱物１０１の加熱条件に基づいて、制御内容が選択される。加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合には、図１５に示すステップＳ３３４に進む。【０１５４】
ステップＳ３３４において、第２マイクロ波発生部１０ｂのマイクロ波発振部３２１を既定の発振周波数ｆ１１で動作させて、第２マイクロ波発生部１０ｂが定格出力を発生するように、初段マイクロ波増幅部３２２および／または主マイクロ波増幅部３２４の駆動電圧が設定されて、マイクロ波発生部１０ｂの動作が開始される。
ステップＳ３３５では、第１マイクロ波発生部１０ａを電力検出部３３０ａが検出する伝送電力が最大値を示す発振周波数ｆ３とし、第１の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部３１２および／または主マイクロ波増幅部３１４の駆動電圧が設定される。次に、ステップＳ３３４およびステップＳ３３５において設定された出力電力で本格加熱動作が開始される（ステップＳ３３６）。本格加熱動作において、ステップＳ３３７に進み、電力検出部３３０ｂが検出する反射電力が所定値（第２マイクロ波発生部１０ｂの出力に対する反射電力の比率が１０％に相当する値）以下にあるかどうかを判定する。反射電力が前記所定値を超過していない場合にはステップＳ３３８に進み、超過している場合にはステップＳ３３９に進む。ステップＳ３３９では初段マイクロ波増幅部３２２および／または主マイクロ波増幅部３２４の駆動電圧を低減制御して、前記所定値以下になるように調整してステップＳ３３８に進む。【０１５５】
ステップＳ３３８では、被加熱物１０１の加熱進捗を判定する。この加熱進捗は、加熱条件として入力された加熱処理時間に到達したか否かを判定する。加熱処理時間に到達していない場合にはステップＳ３３７に戻り、到達している場合には加熱を終了させる。【０１５６】
上記のように、実施の形態３のマイクロ波加熱装置における焼き加熱においては、電力検出部３３０ａの検出する伝送電力が最大値を示す周波数を発生させるようにマイクロ波発振部３１１を制御することにより、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ内に供給し、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量を最小化している。このため、第２給電部１０６から第２加熱室１００ｂ内に供給されるマイクロ波エネルギが最大化され、かつ第３給電部１０７から第２加熱室１００ｂ内にマイクロ波が供給されている。このため、第２給電部１０６から供給されるマイクロ波と第３給電部１０７から供給されるマイクロ波の総和により、マイクロ波吸収体層１０４が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化するとともに、マイクロ波吸収体層１０４の発熱速度を最大化して、被加熱物１０１の焼き加熱を高速に実行させることができる。【０１５７】
なお、実施の形態３のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波加熱モードおよび輻射伝導加熱モードはそれぞれ単独で実行させるだけでなく、相互に組み合わせて複合加熱モードとして実行させることも可能である。【０１５８】
実施の形態３のマイクロ波加熱装置における加熱制御動作について説明したが、以下この加熱制御動作による効果について説明する。
被加熱物１０１に対する加熱開始とともにマイクロ波発振部３１１の発振周波数をその可変可能帯域の全域にわたって所定の周波数間隔にて可変させることにより、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ側を見たときの負荷インピーダンスを変化させることができる。このように負荷インピーダンスを変化させることにより、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ内に供給され、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量と、第１給電部１０５側に反射しサーキュレータ３１７を介して第２給電部１０６から第２加熱室１００ｂに供給されて、マイクロ波吸収体層１０４に吸収されるマイクロ波エネルギ量との比率を、発振周波数をパラメータとして任意に選択することができる。この結果、要求される加熱条件に応じて被加熱物１０１を効果的に加熱させることができる。【０１５９】
第１加熱室１００ａは収納される被加熱物１０１の形状、種類、量によって、同一周波数であっても負荷インピーダンスは変化する。しかし、最適な発振周波数を選択することにより、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ側を見たときの負荷インピーダンスを、マイクロ波発生部１０ａの出力インピーダンスに近づけることで第１給電部１０５への反射電力、或いは第２給電部１０６への伝送電力を低減することができる。このように、第１給電部１０５への反射電力、或いは第２給電部１０６への伝送電力が最も少ない値となる発振周波数を利用することにより、被加熱物１０１に対するマイクロ波エネルギの受熱量を最大化し、被加熱物１０１を高速に加熱させることができる。【０１６０】
また、第１給電部１０５への反射電力、或いは第２給電部１０６への伝送電力が周波数特性において極小値を示す周波数群において、その周波数群における周波数を順次に切り替えて、第１加熱室１００ａに供給することにより、第１加熱室１００ａ内空間に生じるマイクロ波分布を変化させることができる。この結果、被加熱物１０１およびマイクロ波吸収体層１０４の均一加熱を促進させることができる。【０１６１】
以上のように、実施の形態３のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａにおいて、前述の周波数選択制御により、被加熱物１０１に対する高速加熱、或いは均一加熱を効率高く実行することができる。【０１６２】
実施の形態３のマイクロ波加熱装置において、第１加熱室１００ａから第１給電部１０５への反射電力、或いは第２給電部１０６への伝送電力が大きい周波数が数多く存在する。実施の形態３のマイクロ波加熱装置は、第２給電部１０６から第２加熱室１００ｂ内に供給するマイクロ波電力量が大きい周波数を利用して、被加熱物１０１の誘導加熱（内部加熱）と同時に被加熱物１０１の焼き加熱の促進を実現させている。すなわち、焼き加熱においては、第１給電部１０５への反射電力、或いは第２給電部１０６への伝送電力が最大となる周波数を選択し、その選択された周波数にて第１マイクロ波発生部１０ａを動作させている。これにより、被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａにおける被加熱物１０１へのマイクロ波の受熱量は最小になり、第１加熱室１００ａ内で消費されずに第１給電部１０５へ戻る反射マイクロ波エネルギが最大となる。この反射マイクロ波を、サーキュレータ３１７を介して第２給電部１０６へ伝送して、第２給電部１０６から第２加熱室１００ｂ内に供給している。【０１６３】
また、焼き加熱においては、第２加熱室１００ｂ内に第２マイクロ波発生部１０ｂから最良効率にてマイクロ波が供給されている。したがって、第１マイクロ波発生部１０ａおよび第２マイクロ波発生部１０ｂの両者からのマイクロ波が第２加熱室１００ｂ内に供給されて、マイクロ波吸収体層１０４がそのマイクロ波エネルギを吸収し、マイクロ波吸収体層１０４は高速に発熱する。マイクロ波吸収体層１０４の発熱は、接合した仕切部１０３に伝熱されて、高温になった仕切部１０３が被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａ内に対して熱輻射する。この熱輻射を被加熱物１０１が受熱することにより、マイクロ波吸収体層１０４は熱飽和に至ることなく供給されたマイクロ波をほぼ１００％消費させることができる。この結果、実施の形態３のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を高速に焼き加熱することができる。【０１６４】
以上のように、実施の形態３のマイクロ波加熱装置においては、加熱室１００内に供給されたマイクロ波発生部１０ａ、１０ｂの出力電力が、被加熱物１０１およびマイクロ波吸収体層１０４にてほぼ完全に消費させることができる。これにより、マイクロ波発生部１０ａ、１０ｂの出力は、ほぼ１００％被加熱物１０１の加熱処理において消費させることができる。したがって、本発明に係る実施の形態３のマイクロ波加熱装置により、優れた省エネルギ性能を有する加熱装置を提供することができる。【０１６５】
なお、マイクロ波吸収体層１０４が熱飽和に至りマイクロ波の吸収能力が飽和した場合には、第２加熱室１００ｂから第２給電部１０６および第３給電部１０７に反射電力を生じる。この反射電力は第１マイクロ波発生部１０ｂおよび第２マイクロ波発生部１０ａ側にそれぞれ反射することになり、第１マイクロ波発生部１０ｂおよび第２マイクロ波発生部１０ａにおける能動素子である半導体素子が熱破壊の危険性がある。このような熱破壊を防止するべく、本発明に係る実施の形態３のマイクロ波加熱装置においては、第２給電部１０６および第３給電部１０７からの反射電力がそれぞれ所定レベル（たとえば、各マイクロ波発生部１０ａ、１０ｂの定格出力の１０％に相当する値）を超過すると、対応している各マイクロ波増幅部３１２、３２２、３１４、３２４の駆動電圧を低減させるように制御している。このように制御することにより、増幅動作に伴う熱損失量を減少させるとともに反射電力を低減して半導体素子の熱破壊を確実に保護することができる。【０１６６】
また、本発明に係る実施の形態３のマイクロ波加熱装置において、焼き加熱の制御を第２給電部１０６への伝送電力が最大となる周波数のみで動作させてもよいし、第２給電部１０６への伝送電力が最大となる周波数を中心周波数として特定の帯域内（たとえば、１０ＭＨｚ）で周波数をスイープさせる制御を行ってもよい。周波数をスイープさせる制御を行うことにより、マイクロ波吸収体層１０４は全体が均一に加熱されるため、底面積の大きい被加熱物１０１の焼き加熱を効果的に実行することができる。【０１６７】
また、焼き加熱においても、第１マイクロ波発生部１０ａの出力を第２の出力電力である定格出力としてもよい。定格出力と周波数スイープによりマイクロ波吸収体は全体が均一に加熱されるため、底面積の大きい被加熱物の焼き加熱をさらに効果的に実行することが可能となる。前述した焼き加熱のいろいろな制御方法の選択は、被加熱物１０１の形状、種類、量などに応じて予め設定するように構成してもよい。【０１６８】
（実施の形態４）
以下、本発明に係る実施の形態４のマイクロ波加熱装置について添付の図１６から図２０を用いて説明する。図１６は実施の形態４のマイクロ波加熱装置の構成を示すブロック図である。図１７は実施の形態４のマイクロ波加熱装置における周波数特性図である。図１８から図２０は実施の形態４のマイクロ波加熱装置における動作を示すフローチャートである。実施の形態４の説明において前述の実施の形態１と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付して、その説明は実施の形態１における説明を適用する。【０１６９】
図１６において、実施の形態４のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波発生部１０は、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発振部１１、マイクロ波発振部１１の出力を２分配して出力する電力分配器４１２、電力分配器４１２において分配された出力が入力される初段マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂ、および初段マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂのそれぞれの出力をさらに増幅する主マイクロ波増幅部４１５ａ、４１５ｂ、を有して構成されている。実施の形態４のマイクロ波加熱装置においては、電力分配器４１２において分配された出力のうち、一方の出力が位相可変器４１８に入力されて位相を調整できるよう構成されており、位相可変器４１８からマイクロ波伝送路４１４ａを介して初段マイクロ波増幅部４１３ａに入力されている。電力分配器４１２において分配された出力のうち、他方の出力は、マイクロ波伝送路４１４ｂを介して初段マイクロ波増幅部４１３ｂに直接入力されている。主マイクロ波増幅部４１５ａ、４１５ｂの出力は、マイクロ波伝送路４１７ａ、４１７ｂを介して各出力部４１６ａ、４１６ｂにそれぞれ導かれている。初段マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂおよび主マイクロ波増幅部４１５ａ、４１５ｂは、それぞれ半導体素子を用いて構成されている。【０１７０】
上記のように、実施の形態４のマイクロ波加熱装置は、電力分配器４１２と一方の初段マイクロ波増幅部４１３ａとの間に位相可変器４１８が設けられている。位相可変器４１８は、印加電圧に応じて容量値が変化する可変容量ダイオードを用いて構成されており、印加電圧を大きくすることにより位相遅延量が大きくなる構成である。この位相可変器４１８による位相遅延量の可変範囲は、０度から１８０度である。【０１７１】
マイクロ波発生部１０は低誘電損失材料により構成された誘電体基板上に形成されている。初段マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂおよび主マイクロ波増幅部４１５ａ、４１５ｂは、誘電体基板の片面に形成された導電体パターンの回路で構成されており、各マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂ、４１５ａ、４１５ｂ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が設けられている。【０１７２】
マイクロ波伝送路４１４ａ、４１４ｂ、４１７ａ、４１７ｂ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５０Ωの伝送回路が形成されている。
マイクロ波発生部１０のマイクロ波発振部１１は、２４００ＭＨｚから２５００ＭＨｚの周波数を発生する周波数可変機能を備えている。【０１７３】
図１６に示すように、実施の形態４のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を収納するとともにマイクロ波発生部１０から出力されたマイクロ波が供給される加熱室１００を備えている。加熱室１００には、被加熱物１０１を出し入れするための扉（図示省略）が加熱室１００を構成する一壁面に設けられている。加熱室１００において、扉を設けた壁面以外の壁面は、金属材料の遮蔽版で構成されており、加熱室１００内に供給されたマイクロ波を加熱室内部に閉じ込めるように構成されている。加熱室１００内には、加熱室底壁面１０２と所定の間隔を有して配置されて加熱室内空間を仕切るとともに、被加熱物１０１を載置するための仕切部１０３が設けられている。したがって、加熱室内空間は、仕切部１０３により、仕切部１０３の上側空間において被加熱物１０１を収納する第１加熱室１００ａと、仕切部１０３の下側空間となる第２加熱室１００ｂとに区分けされている。この仕切部１０３は金属材料により構成されているが、仕切部１０３の被加熱物載置面と反対側の面（裏面）、即ち第２加熱室１００ｂに対向する面にはマイクロ波吸収材を含有するマイクロ波吸収体であるマイクロ波吸収体層１０４が密着して設けられている。【０１７４】
また、加熱室１００には、被加熱物１０１を収納する第１加熱室１００ａ内にマイクロ波を供給する２つの第１給電部１０５ａ、１０５ｂおよびマイクロ波吸収体層１０４が一壁面を構成する第２加熱室１００ｂ内にマイクロ波を供給する２つの第２給電部１０６ａ、１０６ｂが設けられている。２つの第１給電部１０５ａ、１０５ｂは、第１加熱室１００ａにおいて左側壁面と右側壁面に対向して配置されている。また、２つの第２給電部１０６ａ、１０６ｂは、第２加熱室１００ｂにおいて左側壁面と右側壁面に対向して配置されている。【０１７５】
仕切部１０３の裏面を覆うマイクロ波吸収体層１０４は、前述の実施の形態１におけるマイクロ波吸収体層１０４と同様に、フェライトと樹脂材とを混合させて構成したマイクロ波吸収材を基材としたものであり、耐熱塗装を施した仕切部１０３の裏面の接合面に接着されている。【０１７６】
なお、仕切部１０３の接合面は凹凸形状となっておりマイクロ波吸収体層１０４の表面積を大きく形成して、第２加熱室１００ｂに供給されたマイクロ波の吸収性能を向上させている。【０１７７】
図１６に示すように、マイクロ波発生部１０からの出力は、循環型の非可逆回路を構成する各サーキュレータ４１９ａ、４１９ｂを介してそれぞれの第１給電部１０５ａ、１０５ｂに伝送され、第１加熱室１００ａ内に供給される。第１加熱室１００ａから各第１給電部１０５ａ、１０５ｂを介してそれぞれのサーキュレータ４１９ａ、４１９ｂ側に戻る反射マイクロ波は、各サーキュレータ４１９ａ、４１９ｂによりそれぞれの第２給電部１０６ａ、１０６ｂに伝送される。このように各サーキュレータ４１９ａ、４１９ｂは、各第１給電部１０５ａ、１０５ｂからサーキュレータ４１９ａ、４１９ｂ側に戻る反射マイクロ波を、各第２給電部１０６ａ、１０６ｂに伝送させるように構成されている。【０１７８】
また、サーキュレータ４１９ａ、４１９ｂと第２給電部１０６ａ、１０６ｂとの間の各伝送路には、それぞれ電力検出部４２０ａ、４２０ｂが配設されている。電力検出部４２０ａ、４２０ｂは、サーキュレータ４１９ａ、４１９ｂから第２給電部１０６ａ、１０６ｂ側にそれぞれ伝送するマイクロ波、および第２加熱室１００ｂから第２給電部１０６ａ、１０６ｂを介してサーキュレータ４１９ａ、４１９ｂ側に戻る反射マイクロ波のそれぞれの電力量を検出する。【０１７９】
実施の形態４のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波発生部１０の動作を制御する制御部４２１が設けられている。制御部４２１は、電力検出部４２０ａ、４２０ｂが検出した各信号を受け取り、各種処理を行った後、マイクロ波発振部１１の発振周波数の可変制御を行っている。【０１８０】
電力検出部４２０ａ、４２０ｂは、結合度が約４０ｄＢの方向性結合器で構成されており、伝送および反射のマイクロ波電力の約１／１００００の電力量を検出する。各電力検出部４２０ａ、４２０ｂにおいて、検出された電力量を示す電力信号は、それぞれ検波ダイオード（図示省略）で整流化され、コンデンサ（図示省略）で平滑処理されて、出力される。それぞれの出力信号は制御部４２１に入力される。【０１８１】
次に、以上のように構成された本発明に係る実施の形態４のマイクロ波加熱装置の動作について図１７から図２０を参照しつつ説明する。
図１７は、実施の形態４のマイクロ波加熱装置における電力検出部４２０ａ、４２０ｂの検出信号の一例を示す特性図である。図１７において、グラフの横軸は周波数［ＭＨｚ］、縦軸は電力検出部４２０ａ、４２０ｂが検出した第２給電部側に伝送する電力（伝送電力）の総和、および第２給電部１０６ａ、１０６ｂからサーキュレータ４１９ａ、４１９ｂ側に戻る電力（反射電力）の総和をマイクロ波発生部１０の出力の総和に対する比率［％］で示している。特性曲線Ｇ４１０は伝送電力の比率、特性曲線Ｇ４１１は反射電力の比率である。【０１８２】
伝送電力を示す特性曲線Ｇ４１０において、伝送電力値が極小値を示す周波数ｆ１、ｆ２を有しており、また伝送電力が最大値を示す周波数ｆ３を有している。反射電力を示す特性曲線Ｇ４１１において、周波数帯域の全般にわたって低位レベルであるが、この周波数帯域における高い周波数領域で第２加熱室１００ｂから第２給電部側に反射する電力が若干増加する特性を示している。この反射電力は、マイクロ波吸収体層１０４の吸収能力、およびマイクロ波を吸収して発熱することにともなうマイクロ波吸収体層１０４のインピーダンス変化に応じた特性の変化により生じたものである。【０１８３】
なお、図１７のグラフにおいて、破線で示す直線Ｇ４１２は、マイクロ波発生部１０を定格出力で動作させた時の反射電力の比率が１０％のところを示すものである。この１０％のレベル、すなわち定格出力の１０％に対応する反射電力の絶対値を基準値として、この基準値を超過すると制御部４２１はマイクロ波発振部１１の発振周波数を異なる周波数に切替え制御し、および／またはマイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂ、４１５ａ、４１５ｂの駆動電圧を減じてマイクロ波発生部１０の出力を低減させる制御を実行する。【０１８４】
以下に、本発明に係る実施の形態４のマイクロ波加熱装置の詳細な制御例について図１８から図２０のフローチャートを用いて説明する。
被加熱物１０１を加熱室１００内に収納されて仕切部１０３上に載置され、加熱条件を操作部（図示省略）において設定されて、加熱開始キーを押圧されて加熱開始信号が発生する（図１８のステップＳ４１１）。加熱開始信号が入力された制御部４２１においては、制御出力信号を生成して、マイクロ波発生部１０を第１の出力電力、たとえば１００Ｗ未満、に設定して動作を開始する（ステップＳ４１２）。このとき制御部４２１は、所定の駆動電源電圧を初段マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂおよび主マイクロ波増幅部４１５ａ、４１５ｂに供給する。また、制御部４２１は、マイクロ波発振部１１の初期の発振周波数は、たとえば２４００ＭＨｚに設定する制御信号を出力し、マイクロ波発振部１１の発振動作を開始させる。このように、マイクロ波発生部１０は、初期段階において、たとえば２４００ＭＨｚで１００Ｗ未満のマイクロ波電力を第１の出力電力として出力する。【０１８５】
次に、ステップＳ４１３では、マイクロ波発振部１１の発振周波数を初期の２４００ＭＨｚから１ＭＨｚピッチ（たとえば、１０ミリ秒で１ＭＨｚ）で高い周波数の方へ変化させ、周波数可変範囲の上限である２５００ＭＨｚまで変化させる。この周波数可変動作において、電力検出部４２０ａ、４２０ｂから得られる伝送電力と反射電力をそれぞれ記憶し、ステップＳ４１４に進む。
ステップＳ４１４では、被加熱物１０１の加熱条件に基づいて、制御内容を選択する。加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合は、図２０に示すステップＳ４３０に進む。加熱条件が焼き加熱以外にはステップＳ４１５に進む。焼き加熱以外の場合とは、主にマイクロ波を利用して被加熱物１０１を加熱、或いは解凍加熱などを行う場合である。【０１８６】
ステップＳ４１５では、電力検出部４２０ａ、４２０ｂから得た伝送電力の総和が周波数特性曲線において極小値を示す周波数（たとえば、図１７における周波数ｆ１、ｆ２）を抽出処理し、ステップＳ４１６に進む。ステップＳ４１６では、加熱条件が被加熱物１０１を高速加熱または均一加熱のいずれかに対応して以降の制御ルーチンを選択する。加熱条件が高速加熱の場合にはステップＳ４１７に進み、均一加熱の場合には図１９のステップＳ４２３に進む。高速加熱および均一加熱はマイクロ波加熱モードである。【０１８７】
まず、マイクロ波加熱モードのひとつである、加熱条件がマイクロ波を用いた高速加熱の場合について説明する。
加熱条件として高速加熱が選択された場合には、ステップＳ４１７において、伝送電力が最小値を示す周波数（たとえば、図１７における周波数ｆ１）を発振周波数として設定して、ステップＳ４１８に進む。
ステップＳ４１８では、マイクロ波発生部１０が定格出力である第２の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部４１５ａ、４１５ｂの駆動電圧を設定する。【０１８８】
次に、ステップＳ４１８において設定された第２の出力電力で本格加熱動作が開始される（ステップＳ４１９）。本格加熱動作において、ステップＳ４２０に進み、電力検出部４２０ａ、４２０ｂがそれぞれ検出する反射電力が所定値（マイクロ波発生部１０の定格出力の１０％に相当する値）以下にあるかどうかを判定する。反射電力が前記所定値を超過していない場合にはステップＳ４２１に進み、超過している場合にはステップＳ４２２に進む。ステップＳ４２２では初段マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部４１５ａ、４１５ｂの駆動電圧を低減制御して、反射電力が前記所定値以下になるように調整してステップＳ４２１に進む。【０１８９】
ステップＳ４２１では、被加熱物１０１の加熱進捗を判定する。この加熱進捗は、加熱条件として加熱処理時間が設定されている場合には、その加熱処理時間に到達したか否かを判定する。加熱処理時間に到達していない場合にはステップＳ４２０に戻り、到達している場合は加熱動作を終了させる。【０１９０】
なお、実施の形態４のマイクロ波加熱装置が被加熱物１０１の物理情報、たとえば被加熱物１０１に関する表面温度、大きさ、量などを検出する手段が設けられている場合には、その物理情報の検出手段の検出信号に基づいて加熱が完了したか否かを判定してもよい。物理情報の検出手段として、たとえば温度検知手段の場合、所望温度（たとえば７５℃）に到達しているか否かの判定を行う。未到達の場合はステップＳ４２０に戻り、到達している場合は加熱動作を終了させる。また、被加熱物１０１に関する大きさ、量を検出する手段が設けられている場合には、調理方法などの処理方法に応じて、大きさ、量のそれぞれの範囲に対して予め決められた加熱動作時間を抽出し、その加熱動作時間に到達したか否かにより加熱動作の終了を決定してもよい。【０１９１】
上記のように、電力検出部４２０ａ、４２０ｂの検出した伝送電力が最小値となる周波数を発生させるようにマイクロ波発振部１１を制御することにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから第１加熱室１００ａ内に供給され、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化して、被加熱物１０１に対する高速加熱処理を実行することができる。【０１９２】
次に、マイクロ波加熱モードの他のひとつである、加熱条件が被加熱物１０１の均一加熱の場合について説明する。
以下に説明する均一加熱の制御は、前述の実施の形態１において説明した加熱室１００内に生じる複数の共振モードを利用したものである。
図１８に示すステップＳ４１６において加熱条件が均一加熱であると判定した場合には、図１９のステップＳ４２３に進む。
ステップＳ４２３において、伝送電力が最小値を示す周波数（たとえば、図１７における周波数ｆ１）を発振周波数に設定して、ステップＳ４２４に進む。【０１９３】
ステップＳ４２４では、マイクロ波発生部１０が定格出力である第２の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部４１５ａ、４１５ｂの駆動電圧が設定される。次に、ステップＳ４２５に進む。
ステップ４２５では、位相可変器４１８に印加する電圧を制御して位相遅延量を変化させる。この位相遅延量の変化分は、たとえば４５度、９０度、１８０度などの値から予め設定されており、ステップＳ４２５を通る毎に位相遅延量を増分していく。そして、この制御ルーチンにおいては、最大遅延量に到達すると遅延量を減少させ、最小遅延量に達すると再び増分させる制御を行っている。【０１９４】
次のステップＳ４２６では、電力検出部４２０ａ、４２０ｂがそれぞれ検出する反射電力が所定値以下、たとえばマイクロ波発生部１０の定格出力の１０％に相当する値以下にあるかどうかを判定する。反射電力が前記所定値を超過していない場合はステップＳ４２７に進み、超過している場合にはステップＳ４２８に進む。ステップＳ４２８では初段マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部４１５ａ、４１５ｂの駆動電圧を低減制御して、前記所定値以下に調整してステップＳ４２７に進む。【０１９５】
ステップＳ４２７では、同一位相遅延量で動作させる時間を規定した所定時間に対して現時点での動作時間が所定時間に到達したか否かを判定する。動作時間が所定時間に未到達の場合にはステップＳ４２６に戻り、到達している場合にはステップＳ４２９に進む。
ステップＳ４２９では、前述したステップＳ４２２と同様の制御を実行し、加熱処理が完了していない場合には、ステップＳ４２５に戻り、加熱処理が完了したと判定した場合には加熱動作を終了する。ステップＳ４２５に戻った場合、位相遅延量は増分或いは減少されて、ステップＳ４２６に進む。【０１９６】
上記のように、被加熱物１０１の加熱動作において同一周波数の下で複数の給電部１０５ａ、１０５ｂ、１０６ａ、１０６ｂから加熱室内に放射するマイクロ波の位相差を時間的に変化させることにより、加熱室内空間のマイクロ波分布が変化し、被加熱物１０１およびマイクロ波吸収体層１０４の均一加熱、或いは局所集中加熱を実行することができる。【０１９７】
次に、加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合について説明する。焼き加熱は輻射伝導加熱モードである。
図１８に示すステップＳ４１４では、被加熱物１０１の加熱条件に基づいて、制御内容が選択される。加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合には、図２０に示すステップＳ４３０に進む。
ステップＳ４３０では伝送電力が最大値を示す周波数（たとえば、図１７における周波数ｆ３）にマイクロ波発振部１１の発振周波数を設定し、ステップＳ４３１に進む。【０１９８】
ステップＳ４３１では、マイクロ波発生部１０を定格出力である第２の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部４１５ａ、４１５ｂの駆動電圧が設定される。次に、ステップＳ４３２に進み、前述したステップＳ４２５と同様の制御が実行され、ステップ４３３に進む。
ステップＳ４３３では、前述したステップＳ４２６と同様の制御が実行され、反射電力が前記所定値以下にあるかどうかを判定する。反射電力が前記所定値を超過していない場合にはステップＳ４３４に進み、超過している場合にはステップＳ４３５に進む。ステップＳ４３５では初段マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部４１５ａ、４１５ｂの駆動電圧を低減制御して、前記所定値以下に調整してステップＳ４３４に進む。【０１９９】
ステップＳ４３４では、同一位相遅延量で動作させる時間を規定した所定時間に対して現時点での動作時間が前記所定時間に到達したか否かを判定する。現時点での動作時間が前記所定時間に到達していない場合にはステップＳ４３３に戻り、到達している場合にはステップＳ４３６に進む。
ステップＳ４３６では、被加熱物１０１の加熱進捗を判定する。この加熱進捗は、加熱条件として入力された加熱処理時間に到達したか否かを判定し、加熱処理時間が到達していない場合にはステップＳ４３２に戻り、到達している場合は加熱動作を終了させる。ステップＳ４３２に戻った場合には、位相遅延量を所定の値だけ増分あるいは減少させて、ステップＳ４３３に進む。【０２００】
上記のように、実施の形態４のマイクロ波加熱装置における焼き加熱においては、電力検出部４２０ａ、４２０ｂの検出する伝送電力が最大値を示す周波数を発生させるようにマイクロ波発振部１１を制御することにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから第１加熱室１００ａ内に供給され、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量を最小化するとともに、第２給電部１０６ａ、１０６ｂから第２加熱室１００ｂ内に供給されマイクロ波吸収体層１０４が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化して、被加熱物１０１に対する焼き加熱を促進させることができる。【０２０１】
また、焼き加熱の制御において位相可変器４１８を制御することにより、マイクロ波吸収体層１０４の全域の均一加熱を促進できる。したがって、被加熱物１０１が多数分散配置されている場合や被加熱物１０１の底面積が大きいものの焼き加熱に対して、実施の形態４のマイクロ波加熱装置の加熱室は広範囲な伝熱作用を有しているため、焼き加熱を効果的に実行することができる。
なお、実施の形態４のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波加熱モードおよび輻射伝導加熱モードはそれぞれ単独で実行させるだけでなく、相互に組み合わせて複合加熱モードとして実行させることも可能である。【０２０２】
実施の形態４のマイクロ波加熱装置における加熱制御動作について説明したが、以下この加熱制御動作による効果について説明する。
被加熱物１０１に対する加熱開始とともにマイクロ波発振部１１の発振周波数をその可変可能帯域の全域にわたって所定の周波数間隔にて可変させることにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから第１加熱室１００ａ側をそれぞれ見たときの負荷インピーダンスを変化させることができる。このように負荷インピーダンスを変化させることにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから第１加熱室１００ａ内に供給され、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量と、第１加熱室１００ａから第１給電部１０５ａ、１０５ｂに戻り、サーキュレータ４１９ａ、４１９ｂを介して第２給電部１０６ａ、１０６ｂから第２加熱室１００ｂに供給されて、マイクロ波吸収体層１０４で吸収される反射マイクロ波エネルギ量との比率を、発振周波数をパラメータとして任意に選択することができる。この結果、要求される加熱条件に応じて被加熱物１０１を効果的に加熱させることができる。【０２０３】
第１加熱室１００ａは収納される被加熱物１０１の形状、種類、量によって、同一周波数であっても負荷インピーダンスは変化する。しかし、最適な発振周波数を選択することにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから第１加熱室１００ａ側を見たときの負荷インピーダンスを、マイクロ波発生部１０の出力インピーダンスに近づけることにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂへの反射電力、或いは第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力を低減することができる。このように、第１給電部１０５ａ、１０５ｂへの反射電力、或いは第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力が最も少ない値となる発振周波数を利用することにより、被加熱物１０１に対するマイクロ波エネルギの受熱量を最大化し、被加熱物１０１を高速に加熱させることができる。【０２０４】
また、第１給電部１０５ａ、１０５ｂへの反射電力の総和、或いは第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力の総和が周波数特性において最小値を示す周波数において、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから放射されるマイクロ波の位相差を時間的に変化させることにより、第１加熱室１００ａ内はもとより第２加熱室１００ｂ内に生じるマイクロ波分布を変化させることができる。この結果、被加熱物１０１およびマイクロ波吸収体層１０４の均一加熱を促進させることができる。【０２０５】
以上のように、実施の形態４のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａにおいて、前述の周波数選択制御と位相可変制御により、被加熱物１０１を高速加熱、或いは均一加熱を効率高く実行することができる。【０２０６】
実施の形態４のマイクロ波加熱装置において、第１加熱室１００ａから第１給電部１０５ａ、１０５ｂへの反射電力の総和、或いは第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力の総和が大きい周波数が数多く存在する。実施の形態４のマイクロ波加熱装置は、第２給電部１０６ａ、１０６ｂから第２加熱室１００ｂ内に供給するマイクロ波電力量が大きい周波数を利用して、被加熱物１０１の焼き加熱を実現させている。すなわち、第１給電部１０５ａ、１０５ｂへの反射電力の総和、或いは第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力の総和が最大となる周波数を選択し、その選択した周波数にてマイクロ波発生部１０を動作させている。このようにマイクロ波発生部１０を動作させることにより、被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａにおける被加熱物１０１へのマイクロ波の受熱量は最小になる。そして、第１加熱室１００ａ内で消費されずに第１給電部１０５ａ、１０５ｂへ反射するマイクロ波は、サーキュレータ４１９ａ、４１９ｂを介してそれぞれ第２給電部１０６ａ、１０６ｂへ伝送されて、第２加熱室１００ｂ内に供給されている。第２加熱室１００ｂ内に供給されたマイクロ波は、マイクロ波吸収体層１０４に吸収され、このマイクロ波吸収体層１０４が発熱する。マイクロ波吸収体層１０４の発熱は、接合した仕切部１０３に伝熱し、高温になった仕切部１０４が被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａ内に対して熱輻射する。この熱輻射を被加熱物１０１が受熱することにより、マイクロ波吸収体層１０４は熱飽和に至ることなく供給されたマイクロ波をほぼ１００％消費させることができる。この結果、実施の形態４のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１の内部が第１加熱室１００ａ内におけるマイクロ波により内部加熱されるとともに、被加熱物１０１の表面は仕切部１０３からの加熱により焦げ目あるいは焼き目が施されて、被加熱物１０１の焼き加熱をきわめて高速に実行させることができる。【０２０７】
以上のように、実施の形態４のマイクロ波加熱装置においては、加熱室１００内に供給されたマイクロ波発生部１０の出力電力が、被加熱物１０１およびマイクロ波吸収体層１０４にてほぼ完全に消費させることができる。これにより、マイクロ波発生部１０の出力は、ほぼ１００％被加熱物１０１の加熱処理において消費させることができる。したがって、本発明に係る実施の形態４のマイクロ波加熱装置によれば、優れた省エネルギ特性を有する加熱装置を提供することができる。【０２０８】
なお、マイクロ波吸収体層１０４が熱飽和に至りマイクロ波の吸収能力が飽和した場合には、第２加熱室１００ｂから第２給電部１０６ａ、１０６ｂ側への反射電力を生じる。この反射電力はサーキュレータ４１９ａ、４１９ｂを介してマイクロ波発生部１０側に反射することになり、マイクロ波発生部１０の能動素子である半導体素子が熱破壊される危険性が生じる。このような熱破壊を防止するべく、本発明に係る実施の形態４のマイクロ波加熱装置においては、第２給電部１０６ａ、１０６ｂからの反射電力がそれぞれ所定レベル（たとえば、マイクロ波発生部１０の定格出力の１０％に相当する値）を超過すると、対応している各マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂ、４１５ａ、４１５ｂの駆動電圧を低減させるように制御している。このように制御することにより、増幅動作に伴う熱損失量を減少させるとともに反射電力を低減して半導体素子の熱破壊を確実に保護している。【０２０９】
また、本発明に係る実施の形態４のマイクロ波加熱装置において、焼き加熱の制御を第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力が最大となる周波数のみで動作させてもよいし、第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力が最大の周波数を中心周波数として特定の帯域内（たとえば、１０ＭＨｚ）で周波数をスイープさせる制御を行ってもよい。このように周波数をスイープさせる制御を行うことにより、マイクロ波吸収体層１０４の全域が均一に加熱されるため、底面積の大きい被加熱物１０１の焼き加熱を効果的に実行することができる。
前述した焼き加熱のいろいろな制御方法の選択は、被加熱物１０１の形状、種類、量などに応じて予め設定するよう構成してもよい。【０２１０】
（実施の形態５）
以下、本発明に係る実施の形態５のマイクロ波加熱装置について添付の図２１および図２２を用いて説明する。図２１は実施の形態５のマイクロ波加熱装置の構成を示すブロック図である。図２２は実施の形態５のマイクロ波加熱装置における周波数特性図である。実施の形態５の説明において前述の実施の形態１と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付して、その説明は実施の形態１における説明を適用する。【０２１１】
図２１において、マイクロ波発生部１０には、半導体素子を用いて構成した２つのマイクロ波発振部５１１、５１２が設けられている。マイクロ波発生部１０において、一方の第１マイクロ波発振部５１１の出力は、マイクロ波伝送路５１４ａを介して初段マイクロ波増幅部５１３ａに入力され、そして初段マイクロ波増幅部５１３ａの出力は主マイクロ波増幅部５１５ａに入力されてさらに増幅される。主マイクロ波増幅部５１５ａの出力は、マイクロ波伝送路５１７ａを介して出力部５１６ａに導かれている。【０２１２】
同様に、他方の第２マイクロ波発振部５１２の出力は、マイクロ波伝送路５１４ｂを介して初段マイクロ波増幅部５１３ｂに入力され、そして初段マイクロ波増幅部５１３ｂの出力は主マイクロ波増幅部５１５ｂに入力されてさらに増幅される。主マイクロ波増幅部５１５ｂの出力は、マイクロ波伝送路５１７ｂを介して出力部５１６ｂに導かれている。【０２１３】
マイクロ波発生部１０における、初段マイクロ波増幅部５１３ａ、５１３ｂおよび主マイクロ波増幅部５１５ａ、５１５ｂは、それぞれ半導体素子を用いて構成されている。マイクロ波発生部１０は低誘電損失材料により構成された誘電体基板上に形成されている。【０２１４】
初段マイクロ波増幅部５１３ａ、５１３ｂおよび主マイクロ波増幅部５１５ａ、５１５ｂは、誘電体基板の片面に設けた導電体パターンの回路で構成されており、各マイクロ波増幅部５１３ａ、５１３ｂ、５１５ａ、５１５ｂ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のそれぞれに整合回路が設けられている。【０２１５】
マイクロ波伝送路５１４ａ、５１４ｂ、５１７ａ、５１７ｂ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５０Ωの伝送回路が形成されている。
マイクロ波発生部１０のそれぞれのマイクロ波発振部５１１、５１２は、２４００ＭＨｚから２５００ＭＨｚの周波数を発生する周波数可変機能を備える。【０２１６】
図２１に示すように、実施の形態５のマイクロ波加熱装置は、２つの被加熱物１０１ａ、１０１ｂを別々に収納することができる２つの加熱室１００ａ、１００ｂを有する加熱室１００を持っている。各加熱室１００ａ、１００ｂにはマイクロ波発生部１０の各出力がそれぞれ供給されるよう構成されている。【０２１７】
加熱室１００は、被加熱物１０１ａ、１０１ｂを出し入れするための扉（図示省略）が加熱室１００を構成する一壁面に設けられている。加熱室１００において、扉を設けた壁面以外の壁面は、金属材料の遮蔽版で構成されており、加熱室１００内に供給されたマイクロ波を加熱室内部に閉じ込めるように構成されている。加熱室１００内には、加熱室底壁面１０２と所定の間隔を有して配置されて加熱室内空間を仕切るとともに、被加熱物１０１ａを載置するための仕切部１０３が設けられている。したがって、加熱室内空間は、仕切部１０３により、仕切部１０３の上側空間において被加熱物１０１ａを収納する第１加熱室１００ａと、仕切部１０３の下側空間において被加熱物１０１ｂを収納する第２加熱室１００ｂとに区分けされている。この仕切部１０３は金属材料により構成されている。【０２１８】
また、加熱室１００には、被加熱物１０１ａを収納する第１加熱室１００ａ内にマイクロ波を供給する２つの給電部１０５、１０８が設けられており、および被加熱物１０１ｂを収納する第２加熱室１００ｂ内にマイクロ波を供給する２つの給電部１０６、１０７が設けられている。第１加熱室１００ａにおける２つの給電部１０５、１０８は、第１加熱室１００ａの左側壁面と右側壁面に対向して配置されている。また、第２加熱室１００ｂにおける２つの給電部１０６、１０７は、第２加熱室１００ｂの左側壁面と右側壁面に対向して配置されている。【０２１９】
第１加熱室１００ａにマイクロ波を供給する第１給電部１０５は、マイクロ波発生部１０における第１マイクロ波発生部５１１からのマイクロ波が増幅されて供給されている。また、第２加熱室１００ｂにマイクロ波を供給する第３給電部１０７は、マイクロ波発生部１０における第２マイクロ波発生部５１２からのマイクロ波が増幅されて供給されている。【０２２０】
図２１に示すように、マイクロ波発生部１０における第１マイクロ波発生部５１１からのマイクロ波は、増幅されて循環型の非可逆回路であるサーキュレータ５１８ａを介して第１給電部１０５に伝送され、第１加熱室１００ａ内に供給される。そして、第１加熱室１００ａ内で消費されずに第１給電部１０５を介してサーキュレータ５１８ａ側に戻る反射マイクロ波は、サーキュレータ５１８ａを介して第２給電部１０６に伝送され、第２加熱室１００ｂに供給される。【０２２１】
また、マイクロ波発生部１０における第２マイクロ波発生部５１２からのマイクロ波は、増幅されて循環型の非可逆回路であるサーキュレータ５１８ｂを介して第３給電部１０７に伝送され、第２加熱室１００ｂ内に供給される。そして、第２加熱室１００ｂ内で消費されずに第３給電部１０７を介してサーキュレータ５１８ｂ側に戻る反射マイクロ波は、サーキュレータ５１８ｂを介して第４給電部１０８に伝送され、第１加熱室１００ａに供給される。【０２２２】
第１加熱室１００ａに設けられた第４給電部１０８は、第１給電部１０５から放射されるマイクロ波との結合が弱い壁面位置に配置されている。また、第２加熱室１００ｂに設けられた第２給電部１０６は、第３給電部１０７から放射されるマイクロ波との結合が弱い壁面位置に設けるか、或いは給電アンテナ形状を有している。【０２２３】
また、サーキュレータ５１８ａと第２給電部１０６との間の伝送路には、電力検出部５１９ａが配設されている。電力検出部５１９ａは、サーキュレータ５１８ａから第２給電部１０６側に伝送するマイクロ波、および第２加熱室１００ｂから第２給電部１０６を介してサーキュレータ５１８ａ側に戻る反射マイクロ波のそれぞれの電力量を検出する。その検出信号は制御部５２０に伝送されている。【０２２４】
一方のサーキュレータ５１８ｂと第４給電部１０８との間の伝送路には、電力検出部５１９ｂが配設されている。電力検出部５１９ｂは、サーキュレータ５１８ｂから第４給電部１０８側に伝送するマイクロ波、および第１加熱室１００ａから第４給電部１０８を介してサーキュレータ５１８ｂ側に戻る反射マイクロ波のそれぞれの電力量を検出する。検出信号は制御部５２０に伝送されている。【０２２５】
実施の形態５のマイクロ波加熱装置において、制御部５２０はマイクロ波発生部１０の動作を制御しており、第１マイクロ波発振部５１１、および第２マイクロ波発振部５１２のそれぞれの動作を制御する。制御部５２０は、電力検出部５１９ａ、５１９ｂが検出した信号を受け取り、各種処理を行った後、第１マイクロ波発振部５１１、および第２マイクロ波発振部５１２のそれぞれの発振周波数の可変制御を行っている。【０２２６】
電力検出部５１９ａ、５１９ｂは、結合度が約４０ｄＢの方向性結合器で構成されており、伝送および反射のマイクロ波電力の約１／１００００の電力量を検出する。各電力検出部５１９ａ、５１９ｂにおいて、検出された電力量を示す電力信号は、それぞれ検波ダイオード（図示省略）で整流化され、コンデンサ（図示省略）で平滑処理されて、出力される。それぞれの出力信号は制御部５２０に入力される。【０２２７】
図２２は、実施の形態５のマイクロ波加熱装置における電力検出部５１９ａ、５１９ｂの検出信号の一例を示す特性図である。図２２において、グラフの横軸は周波数［ＭＨｚ］、縦軸は電力検出部５１９ａが検出した第２給電部側に伝送する電力（伝送電力）と電力検出部５１９ｂが検出した第４給電部側に伝送する電力（伝送電力）との総和、および第２給電部１０６からサーキュレータ側に戻る電力（反射電力）と第４給電部１０８からサーキュレータ側に戻る電力（反射電力）との総和を、マイクロ波発生部１０の出力の総和に対する比率［％］で示している。特性曲線Ｇ５１０は伝送電力の比率、特性曲線Ｇ５１１は反射電力の比率である。【０２２８】
伝送電力を示す特性曲線Ｇ５１０においては、伝送電力値が極小値を示す周波数ｆ１、ｆ２を有しており、また伝送電力が最大値を示す周波数ｆ３を有している。反射電力を示す特性曲線Ｇ５１１において、周波数帯域の全般にわたって低位レベルであるが、第２給電部１０６および第４給電部１０８からサーキュレータ側に戻る反射電力が生じる周波数帯域が、高い周波数領域において存在することが示されている。しかし、反射電力を示す特性曲線Ｇ５１１においては、反射電力の比率が１０％以下であり、マイクロ波発生部１０において問題の生じない比率に抑制されている。【０２２９】
なお、図２２のグラフにおいて、破線で示す直線Ｇ５１２は、マイクロ波発生部１０を定格出力で動作させた時の反射電力の比率が１０％のところを示すものである。この１０％のレベル、すなわち定格出力の１０％に対応する反射電力の絶対値を基準値として、この基準値を超過すると制御部５２０はマイクロ波発振部５１１、５１２の発振周波数を異なる周波数に切替え制御し、および／またはマイクロ波増幅部５１３ａ、５１３ｂ、５１５ａ、５１５ｂの駆動電圧を減じてマイクロ波発生部１０の出力を低減させる制御を実行する。【０２３０】
以上のように構成された本発明に係る実施の形態５のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１ａ、１０１ｂをそれぞれ収納した第１加熱室１００ａおよび第２加熱室１００ｂにおいて、前述の実施の形態１から実施の形態４において説明したように周波数選択制御を行うことにより、各被加熱物１０１ａ、１０１ｂに対する高速加熱、或いは均一加熱を効率高く実行することができる。【０２３１】
さらに、実施の形態５のマイクロ波加熱装置においては、第１加熱室１００ａと第２加熱室１００ｂの両方の加熱室において同時に被加熱物１０１ａ、１０１ｂをマイクロ波加熱させることができる。この場合、第１加熱室１００ａに収納された被加熱物１０１ａに対して反射が最小となる周波数を第１マイクロ波発振部５１１が発生するように制御部５２０が制御する。一方、第２加熱室１００ｂに収納された被加熱物１０１ｂに対しても同様に反射が最小となる周波数を第２マイクロ波発振部５１２が発生するように制御部５２０が制御する。【０２３２】
上記のように、実施の形態５のマイクロ波加熱装置では、第１マイクロ波発振部５１１の発振周波数、および第２マイクロ波発振部５１２の発振周波数のそれぞれが異なる発振状態において、２つの被加熱物１０１ａ、１０１ｂを同時に加熱することができる。このため、実施の形態５のマイクロ波加熱装置は、それぞれの被加熱物１０１ａ、１０１ｂに対してマイクロ波発生部１０が発生するマイクロ波エネルギを効率高く吸収させることができる。【０２３３】
（実施の形態６）
以下、本発明に係る実施の形態６のマイクロ波加熱装置について添付の図２３を用いて説明する。図２３は実施の形態６のマイクロ波加熱装置の構成を示すブロック図である。【０２３４】
図２３において、実施の形態６のマイクロ波加熱装置において、マイクロ波発生部１０は、マイクロ波を生成するマイクロ波発振部１１、マイクロ波発振部１１の出力を、マイクロ波伝送路６１３を介して入力され増幅する初段マイクロ波増幅部６１２、初段マイクロ波増幅部６１２の出力をさらに増幅する主マイクロ波増幅部６１４、を具備している。また、マイクロ波発生部１０は、主マイクロ波増幅部６１４の出力を出力部６１５に導くマイクロ波伝送路１１６を備えている。マイクロ波発振部１１、初段マイクロ波増幅部６１２および主マイクロ波増幅部６１４は、半導体素子を用いて構成されている。上記のように、マイクロ波発生部１０においては、マイクロ波発振部１１からのマイクロ波が初段マイクロ波増幅部６１２で増幅され、さらに初段マイクロ波増幅部６１２の出力が主マイクロ波増幅部６１４においてさらに増幅されて出力部６１５から出力されるよう構成されている。【０２３５】
マイクロ波発生部１０は低誘電損失材料により構成された誘電体基板６１７上に形成されている。初段マイクロ波増幅部６１２および主マイクロ波増幅部６１４は、誘電体基板６１７の片面に形成された導電体パターンの回路で構成されており、各マイクロ波増幅部６１２、６１４の増幅素子である半導体素子を良好に動作させるために、各半導体素子の入力側と出力側にはそれぞれ整合回路が設けられている。【０２３６】
マイクロ波伝送路６１３、６１６は、誘電体基板６１７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５０Ωの伝送回路が形成されている。
マイクロ波発生部１０のマイクロ波発振部１１は、２４００ＭＨｚから２５００ＭＨｚの周波数を発生する周波数可変機能を備えている。【０２３７】
図２３に示すように、実施の形態６のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を収納するとともにマイクロ波発生部１０から出力されたマイクロ波が供給される第１加熱室１００ａおよび第２加熱室１００ｂを備えている。
第１加熱室１００ａは、被加熱物１０１を出し入れするための扉（図示省略）が第１加熱室１００ａを構成する一壁面に設けられている。第１加熱室１００ａにおいて、扉を設けた壁面以外の壁面は、金属材料の遮蔽版で構成されており、第１加熱室１００ａ内に供給されたマイクロ波を加熱室内部に閉じ込めるよう構成されている。【０２３８】
図２３に示すように、第１加熱室１００ａの下壁における外側の壁面には、マイクロ波吸収材を含有するマイクロ波吸収体であるマイクロ波吸収体層１０４ａが配設されている。また、第１加熱室１００ａの上壁における外側の壁面には、マイクロ波吸収材を含有するマイクロ波吸収体層１０４ｂが配設されている。壁面の一部がマイクロ波吸収体層１０４ａ、１０４ｂで形成された第２加熱室１００ｂには第２給電部１０６が配設されている。第２給電部１０６が第２加熱室１００ｂに対してマイクロ波を供給している。マイクロ波吸収体層１０４ａ、１０４ｂは、前述の実施の形態１におけるマイクロ波吸収体層１０４と同様に、フェライトと樹脂材とを混合させて構成したマイクロ波吸収材を基材としたものであり、耐熱塗装を施した第２加熱室１００ｂの壁面に接着されている。【０２３９】
なお、第２加熱室１００ｂの壁面においてマイクロ波吸収体層１０４ａ、１０４ｂが接着される接合面は、凹凸形状として、マイクロ波吸収体層１０４ａ、１０４ｂの表面積を大きく形成して、第２加熱室１００ｂに供給されたマイクロ波の吸収性能を向上させてもよい。さらに、第１加熱室１００ａの被加熱物１０１を出し入れするための扉が設けられた一壁面を除く、他の全ての壁面にマイクロ波吸収体層を配設して、マイクロ波の吸収性能をさらに向上させる構成でもよい。【０２４０】
図２３に示すように、マイクロ波発生部１０の出力は、循環型の非可逆回路を構成するサーキュレータ６１８を介して第１給電部１０５に伝送され、第１加熱室１００ａ内に供給される。第１加熱室１００ａから第１給電部１０５を介してサーキュレータ６１８側に戻る反射マイクロ波は、サーキュレータ６１８により第２給電部１０６に伝送される。このようにサーキュレータ６１８は、第１給電部１０５からサーキュレータ６１８側に戻る反射マイクロ波を、第２給電部１０６に伝送させるように構成されている。【０２４１】
また、サーキュレータ６１８と第２給電部１０６との間の伝送路には、電力検出部６１９が配設されている。電力検出部６１９は、サーキュレータ６１８から第２給電部１０６側に伝送するマイクロ波、および第２加熱室１００ｂから第２給電部１０６を介してサーキュレータ６１８側に戻る反射マイクロ波のそれぞれの電力量を検出する。【０２４２】
実施の形態６のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波発生部１０の動作を制御する制御部６２０が設けられている。制御部６２０は、電力検出部６１９が検出した信号を受け取り、各種処理を行った後、マイクロ波発振部１１の発振周波数の可変制御を行っている。
電力検出部６１９は、結合度が約４０ｄＢの方向性結合器で構成され、伝送および反射のマイクロ波電力の約１／１００００の電力量を検出する。電力検出部６１９において検出された電力量を示す電力信号は、検波ダイオード（図示省略）で整流化され、コンデンサ（図示省略）で平滑処理されて、出力される。その出力信号は制御部６２０に入力される。【０２４３】
以上のように構成された本発明に係る実施の形態６のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａにおいて、前述の実施の形態１において説明したように周波数選択制御を行うことにより、被加熱物１０１に対する高速加熱、均一加熱、或いは焼き加熱を効率高く実行することができる。
実施の形態６のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波発振部１１を選択された周波数で発振させて、第１加熱室１００ａ内の被加熱物１０１に対して効率高くマイクロ波を吸収させて、高速加熱または均一加熱を実行することができる。【０２４４】
また、実施の形態６のマイクロ波加熱装置は、第１加熱室１００ａ内におけるマイクロ波吸収が最小となる周波数を選択して、その選択した周波数でマイクロ波発振部１１を発振させることにより、マイクロ波発生部１０が出力したマイクロ波のほとんどすべてのエネルギを第２加熱室１００ｂに供給させることができる。第２加熱室１００ｂにおいては、第１加熱室１００ａの上下壁面に密着して配設されたマイクロ波吸収体層１０４ａ、１０４ｂが、第２加熱室１００ｂに供給されたマイクロ波を吸収して発熱し、第１加熱室１００ａ内に対して熱輻射を行い、第１加熱室１００ａをすばやく高温状態にして、被加熱物１０１を輻射加熱することができる。【０２４５】
なお、実施の形態６のマイクロ波加熱装置において、第２給電部１０６から供給されたマイクロ波が第２加熱室１００ｂにおいて効率高く伝送されて、分散配置されたマイクロ波吸収体層１０４ａ、１０４ｂにおいて確実に吸収される伝送構造とすることにより、第２加熱室１００ｂに供給されたマイクロ波の全てのエネルギをマイクロ波吸収体層１０４ａ、１０４ｂに効率高く消費させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０２４６】
本発明のマイクロ波加熱装置は、加熱室に供給したマイクロ波を加熱室内でほぼ１００％消費させることを可能となり、優れた省エネルギ性能を有しているため、誘電加熱を利用した食品加熱装置、材料加熱装置あるいは半導体製造装置などの各種用途に適用できる。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年2月3日(2011.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波発生部を備えた従来のマイクロ波加熱装置は、一般には電子レンジに代表されるように、マイクロ波発生部にマグネトロンと称される真空管を用いて構成されていた。
【０００３】
半導体素子はマグネトロンに比べて熱的耐久性が低く、高熱に晒されると素子が破壊されるおそれがある。また、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発生部をマイクロ波加熱装置に展開する場合、マイクロ波発生部において増幅された高周波電力が加熱室に供給され、その高周波電力がマイクロ波発生部に戻ってこないように循環型の非可逆回路を構成するサーキュレータが用いられている。このサーキュレータは、加熱室から戻ってくる反射電力を終端抵抗において消費するよう構成したものである。例えば、日本の特開昭５９−０９９６９３号公報を参照。
【０００４】
また、例えば、日本の実開昭６０−０１９１９０号公報には、加熱室から戻ってくる反射電力を、加熱室の上部外壁面に設けたダミー抵抗板において消費させて、加熱室の保温に利用したものが開示されている。
【０００５】
さらに、受熱効率の向上を目的として、被加熱物を収納した加熱室からマイクロ波発生部側に戻ってくる反射電力を検出して、その反射電力の検出値に基づいて、反射電力が最小になる発振周波数を追尾させる構成のものがあった。例えば、日本の特開昭５６−０９６４８６号公報参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−０９９６９３号公報
【特許文献２】実開昭６０−０１９１９０号公報
【特許文献３】特開昭５６−０９６４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の半導体素子を用いたマイクロ波発生部の構成や制御は、加熱室からマイクロ波発生部側に戻ってくる反射マイクロ波電力によって半導体素子を熱破壊から防止することは可能であるが、マイクロ波発生部が発生した電力の何割かを被加熱物の加熱エネルギ以外において消費させる構成である。このため、省エネルギの観点においては問題を有していた。
【０００８】
本発明は、従来のマイクロ波加熱装置における問題を解決するものであり、マイクロ波発生部が出力するマイクロ波電力を被加熱物の加熱エネルギとして理想的には１００％消費させることが可能な省エネルギ性能にすぐれたマイクロ波加熱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】
【０００９】
従来のマイクロ波加熱装置における問題を解決するために、本発明に係る第１の観点のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生部、および前記マイクロ波発生部が発生したマイクロ波がそれぞれ給電される第１加熱室と第２加熱室を備え、前記第１加熱室および前記第２加熱室の少なくとも一方の加熱室から前記マイクロ波発生部側に戻るマイクロ波を他方の加熱室に伝送させるよう構成したものである。このように構成された第１の観点のマイクロ波加熱装置において、第１加熱室または第２加熱室に供給されたマイクロ波は、それぞれの加熱室内に存在するマイクロ波損失物質（たとえば、収納された被加熱物）にマイクロ波が吸収され、吸収されずにマイクロ波発生部側に戻ってくる反射マイクロ波は他方の加熱室に伝送される。これにより、第１の観点のマイクロ波加熱装置は、加熱室内に存在するマイクロ波損失物質（たとえば、収納された被加熱物）に吸収される。このように、マイクロ波発生部から供給されたマイクロ波電力は、第１加熱室および第２加熱室の両方の室内でマイクロ波損失物質に吸収されるため、マイクロ波発生部から供給されるマイクロ波電力をほぼ完全に消費させることができ、省エネルギ性能にすぐれた加熱装置を提供することができる。
【００１０】
本発明に係る第２の観点のマイクロ波加熱装置は、前記第１の観点における前記第１加熱室が被加熱物を収納するよう構成され、前記第１加熱室を形成する壁面の少なくとも一つの壁面における前記第１加熱室の外側面にマイクロ波吸収体が配設され、第２加熱室が前記マイクロ波吸収体を包含し、マイクロ波発生部が発生したマイクロ波を前記第１加熱室と第２加熱室のそれぞれに給電する給電部を備えている。このように構成された第２の観点のマイクロ波加熱装置は、第１加熱室からマイクロ波発生部側に戻る反射マイクロ波を第２加熱室に伝送させることにより、第１加熱室に供給されたマイクロ波は第１加熱室内に存在するマイクロ波損失物質（特に、収納された被加熱物）に吸収され、吸収されずにマイクロ波発生部側に戻ってくる反射マイクロ波は第２加熱室に伝送される。その結果、第２加熱室に伝送されたマイクロ波は第２加熱室内に存在するマイクロ波損失物質であるマイクロ波吸収体に吸収される。そして、マイクロ波発生部から供給されるマイクロ波電力は第１加熱室および第２加熱室の両方の室内でマイクロ波損失物質に吸収されるため、マイクロ波発生部から供給されるマイクロ波電力をほぼ完全に消費させることができ、省エネルギ性能にすぐれた加熱装置を提供することができる。
【００１１】
本発明に係る第３の観点のマイクロ波加熱装置は、前記第２の観点における前記第１加熱室からマイクロ波発生部側に戻るマイクロ波を第２加熱室に伝送させる循環型の非可逆回路と、前記第２加熱室に伝送するマイクロ波電力を検出する電力検出部と、マイクロ波発生部の動作を制御する制御部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記電力検出部の信号に基づいて前記マイクロ波発生部の発振周波数を制御し、マイクロ波を主に用いて被加熱物を加熱するマイクロ波加熱モードと、マイクロ波吸収体の発生熱を主に用いて被加熱物を加熱する輻射伝導加熱モードと、前記マイクロ波加熱モードと前記輻射伝導加熱モードとを組み合わせて被加熱物を加熱する複合加熱モードと、を実行する。このように構成された第３の観点のマイクロ波加熱装置においては、第１加熱室に供給されたマイクロ波の一部が被加熱物に吸収され、吸収されずに第１加熱室からマイクロ波発生部側に反射するマイクロ波が循環型の非可逆回路を介して第２加熱室に伝送され、マイクロ波吸収体で吸収される。このマイクロ波吸収体はマイクロ波を吸収することにより発熱して、被加熱物が載置された第１加熱室内に伝熱し、被加熱物を加熱する。この結果、第３の観点のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波発生部から供給されたマイクロ波電力を被加熱物およびマイクロ波吸収体にてほぼ完全に消費させることができ、マイクロ波発生部の出力をほぼ１００％被加熱物の加熱において消費させ、省エネルギ性能にすぐれた加熱装置を提供できる。また、第３の観点のマイクロ波加熱装置は、第２加熱室に伝送される電力量を検出する電力検出部を設け、電力検出部の検出信号に基づいてマイクロ波発振部の発振周波数を制御する制御部を備えたものである。これにより、第３の観点のマイクロ波加熱装置は、発振周波数を変化させることにより、第１加熱室内に供給されたマイクロ波の被加熱物への吸収の割合を変化させることが可能となり、マイクロ波を主に用いて被加熱物を加熱するマイクロ波加熱モード、第２加熱室のマイクロ波吸収体の発生熱を主に利用して被加熱物を加熱する輻射伝導加熱モード、さらにはそれらを組み合わせて被加熱物を加熱する複合加熱モードを、被加熱物の種類に応じて選択し、適切な加熱を実行することができる。
【００１２】
本発明に係る第４の観点のマイクロ波加熱装置において、前記第１の観点乃至第３の観点のいずれかの観点における前記マイクロ波発生部は、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発振部と、前記マイクロ波発振部が発生するマイクロ波を増幅するマイクロ波増幅部と、を有して構成されている。このように構成された第４の観点のマイクロ波加熱装置は、被加熱物への吸収度に対応した周波数の可変設定を電力レベルの低いマイクロ波発振部で行い、所望の発振周波数のマイクロ波出力をマイクロ波増幅部において増幅して、大きなマイクロ波電力を加熱室に供給することができる。このため、第４の観点のマイクロ波加熱装置は、第１加熱室内に供給するマイクロ波を、収納する被加熱物の量、種類などに応じたエネルギ吸収度合いに容易に変化させることができる。
【００１３】
本発明に係る第５の観点のマイクロ波加熱装置において、前記第１の観点乃至第３の観点のいずれかの観点における前記マイクロ波発生部は、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発振部と、前記マイクロ波発振部の出力を複数に分配する分配部と、前記分配部の出力をそれぞれ増幅するマイクロ波増幅部と、を有して構成され、前記マイクロ波増幅部のそれぞれのマイクロ波出力を第１加熱室に複数箇所から供給している。このように構成された第５の観点のマイクロ波加熱装置は、第１加熱室内に複数箇所からマイクロ波を供給することにより、被加熱物全体にマイクロ波を分散させることができる。また、第５の観点のマイクロ波加熱装置は、第１加熱室へ複数の供給部から供給されたマイクロ波の一部が被加熱物に吸収されるが、被加熱物の種類や量などに応じて被加熱物に吸収されずに複数の供給部にそれぞれ戻ってくる反射マイクロ波があり、この反射マイクロ波はそれぞれ循環型の非可逆回路（サーキュレータ）を介して第２加熱室の複数の供給部に伝送され、マイクロ波吸収体で吸収される。また、第５の観点のマイクロ波加熱装置においては、第２加熱室内にも複数箇所からマイクロ波を供給するように構成することにより、マイクロ波吸収体全体にマイクロ波を分散させて、マイクロ波吸収体全体を効率よく発熱できる。このように発熱したマイクロ波吸収体の発生熱を被加熱物が載置される第１加熱室に伝熱し、被加熱物の加熱を促進させることができる。この結果、マイクロ波発生部の出力電力は、被加熱物およびマイクロ波吸収体にてほぼ完全に消費させることにより、マイクロ波発生部の出力をほぼ１００％被加熱物の加熱に消費させて、省エネルギ性能にすぐれた加熱装置を提供することができる。
【００１４】
本発明に係る第６の観点のマイクロ波加熱装置においては、前記第５の観点における前記分配部の少なくとも一つの出力の位相を遅延させる位相可変器が付設されている。このように構成された第６の観点のマイクロ波加熱装置は、第１加熱室内への複数の供給部から供給されるマイクロ波の位相を変化させることにより、第１の加熱室内に収納された被加熱物は、供給された位相差の変化に伴う加熱室内空間のマイクロ波分布の変化によって、所望の加熱分布でもって加熱が促進される。
【００１５】
本発明に係る第７観点のマイクロ波加熱装置において、前記マイクロ波発生部は、半導体素子を用いて構成した複数のマイクロ波発振部と、前記マイクロ波発振部のそれぞれの出力を増幅するマイクロ波増幅部と、を有して構成され、マイクロ波増幅部のそれぞれのマイクロ波出力を第１加熱室における異なる位置から供給している。このように構成された第７の観点のマイクロ波加熱装置は、第１加熱室に対して異なる位置から異なる周波数のマイクロ波を供給することにより、収納された被加熱物の量や種類などに応じて被加熱物をさらに効率高く加熱を促進させることができる。
【００１６】
本発明に係る第８観点のマイクロ波加熱装置において、前記第１乃至第３の観点のいずれかの観点における前記マイクロ波発生部は、半導体素子を用いて構成した複数のマイクロ波発振部と、前記マイクロ波発振部のそれぞれの出力を増幅するマイクロ波増幅部と、を有して構成され、少なくとも一つのマイクロ波増幅部の出力を第２加熱室に供給している。このように構成された第８の観点のマイクロ波加熱装置は、第２加熱室に供給されたマイクロ波を独立させて、マイクロ波吸収体の発熱を独立制御することができる。第８の観点のマイクロ波加熱装置における制御方法によれば、特に複合加熱モードでの被加熱物の加熱制御の自由度を高めることができる。
【００１７】
本発明に係る第９観点のマイクロ波加熱装置においては、前記第８の観点における前記第２加熱室に供給するマイクロ波の周波数が、既定の周波数としたものである。このように構成された第９の観点のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波吸収体が配設された第２加熱室においてはマイクロ波吸収体が最大エネルギを吸収できる周波数のマイクロ波を供給して、マイクロ波吸収体の発熱速度を最大化し、被加熱物の焼き加熱を高速に実行させることができる。
【００１８】
本発明に係る第１０の観点のマイクロ波加熱装置において、前記第３の観点における前記制御部は、被加熱物の加熱開始とともにマイクロ波発生部の周波数をその可変可能帯域の全域にわたって所定の周波数間隔にて可変させるとともに、それぞれの周波数に対する電力検出部の検出信号を記憶するよう構成している。このように構成された第１０の観点のマイクロ波加熱装置においては、第１加熱室に供給され被加熱物が消費するマイクロ波エネルギ量と第２加熱室に供給され被加熱物あるいはマイクロ波吸収体で消費されるマイクロ波エネルギ量との比率を、発振周波数をパラメータとして選択することができ、要求される加熱条件に応じて被加熱物を効果的に加熱させることができる。また、第１０の観点のマイクロ波加熱装置は、周波数を変化させることにより、加熱室内空間のマイクロ波分布を変化させて被加熱物およびマイクロ波吸収体の均一加熱を促進させることができる。
【００１９】
本発明に係る第１１の観点のマイクロ波加熱装置において、前記第３の観点または第１０の観点における前記制御部は、マイクロ波加熱モードを実行する場合、電力検出部の検出信号の総和が最小値となる周波数を選択し、その選択した周波数にてマイクロ波発生部を動作させるよう構成している。このように構成された第１１の観点のマイクロ波加熱装置においては、第１加熱室に供給され被加熱物が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化して、被加熱物の高速加熱を促進させることができる。
【００２０】
本発明に係る第１２の観点のマイクロ波加熱装置において、前記第３の観点または第１０の観点における前記制御部は、マイクロ波加熱モードを実行する場合、電力検出部の検出信号の総和が極小値となる複数の周波数を選択し、その選択した複数の周波数を順次発生させるようにマイクロ波発生部を制御している。このように構成された第１２の観点のマイクロ波加熱装置においては、第１加熱室に供給されて被加熱物が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化するとともに、第１加熱室内空間のマイクロ波分布を変化させることにより、被加熱物の均一加熱を促進させることができる。
【００２１】
本発明に係る第１３の観点のマイクロ波加熱装置において、前記第３の観点または第１０の観点における前記制御部は、輻射伝導加熱モードを実行する場合、電力検出部の検出信号の総和が最大値となる周波数を選択し、その選択した周波数にてマイクロ波発生部を動作させている。このように構成された第１３の観点のマイクロ波加熱装置においては、第１加熱室から供給されて被加熱物が消費するマイクロ波エネルギ量を最小化するとともに、第２加熱室に供給されてマイクロ波吸収体が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化して、被加熱物の焼き加熱を効率高く実行することができる。
【００２２】
本発明に係る第１４の観点のマイクロ波加熱装置において、前記第３の観点または第１０の観点における前記制御部は、輻射伝導加熱モードを実行する場合、電力検出部の検出信号の総和が最大値となる周波数を選択し、その選択した周波数を中心として所定の帯域の周波数をスイープさせるようにマイクロ波発生部を制御している。このように構成された第１４の観点のマイクロ波加熱装置においては、第１加熱室に供給されて被加熱物が消費するマイクロ波エネルギ量を最小化するとともに、第２加熱室内空間のマイクロ波分布を変化させてマイクロ波吸収体の全域を均一に加熱して、底面積の大きい被加熱物の焼き加熱を効果的に実行することができる。
【００２３】
本発明に係る第１５の観点のマイクロ波加熱装置において、前記第３の観点または第６の観点のマイクロ波加熱装置は、位相可変部が付設されたマイクロ波発生部を備えており、前記制御部が第１加熱室に供給されるマイクロ波の位相が略同一の条件下で得られる電力検出部の検出信号に基づいてマイクロ波発振部の発振周波数を制御している。このように構成された第１５の観点のマイクロ波加熱装置においては、複数の第１加熱室に複数箇所から供給されて被加熱物が消費するマイクロ波エネルギ量と、複数の第２加熱室に複数箇所から供給されてマイクロ波吸収体が消費するマイクロ波エネルギ量との比率の算出を、発振周波数をパラメータとして再現性高く求めることができる。このため、第１５の観点のマイクロ波加熱装置は、要求される加熱条件に応じた最適な周波数の選択を行うことができ、被加熱物を効果的に加熱することができる。
【００２４】
本発明に係る第１６の観点のマイクロ波加熱装置において、前記第３の観点または第６の観点のマイクロ波加熱装置は、位相可変部が付設されたマイクロ波発生部を備えており、前記制御部は、電力検出部の検出信号の総和が最小値または最大値となる周波数を選択し、マイクロ波発生部が選択された周波数で動作中に前記位相可変部を制御して、第１加熱室に複数箇所から供給するマイクロ波の位相を変化させている。このように構成された第１６の観点のマイクロ波加熱装置においては、被加熱物の加熱中に同一周波数の下で加熱室内空間のマイクロ波分布を変化させることができ、被加熱物およびマイクロ波吸収体の均一加熱あるいは局所集中加熱を促進させることができる。
【００２５】
本発明に係る第１７の観点のマイクロ波加熱装置において、前記第３の観点における前記電力検出部は、第２加熱室から戻ってくるマイクロ波電力を検出する反射電力検出部を付設し、制御部は前記反射電力検出部の検出信号の総和に基づいてその検出信号が所定レベル以下になるようにマイクロ波発生部の駆動電圧を制御している。このように構成された第１７の観点のマイクロ波加熱装置においては、加熱室内で吸収されずにマイクロ波発生部側に戻る反射マイクロ波電力によるマイクロ波発生部の半導体素子を熱破壊から確実に保護することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のマイクロ波加熱装置は、加熱室に供給したマイクロ波を加熱室内でほぼ１００％消費させることを可能となり、省エネルギ性能に優れた加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置の構成を示すブロック図
【図２】実施の形態１のマイクロ波加熱装置における電力検出部の検出信号の一例を示す特性図
【図３】実施の形態１のマイクロ波加熱装置における制御動作を示すフローチャート
【図４】実施の形態１のマイクロ波加熱装置における制御動作を示すフローチャート
【図５】実施の形態１のマイクロ波加熱装置における制御動作を示すフローチャート
【図６】本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置の構成を示す図
【図７】実施の形態２のマイクロ波加熱装置における電力検出部の検出信号の一例を示す特性図
【図８】実施の形態２のマイクロ波加熱装置における制御動作を示すフローチャート
【図９】実施の形態２のマイクロ波加熱装置における制御動作を示すフローチャート
【図１０】実施の形態２のマイクロ波加熱装置における制御動作を示すフローチャート
【図１１】本発明に係る実施の形態３のマイクロ波加熱装置の構成を示す図
【図１２】実施の形態３のマイクロ波加熱装置における電力検出部の検出信号の一例を示す特性図
【図１３】実施の形態３のマイクロ波加熱装置の制御動作を示すフローチャート
【図１４】実施の形態３のマイクロ波加熱装置の制御動作を示すフローチャート
【図１５】実施の形態３のマイクロ波加熱装置の制御動作を示すフローチャート
【図１６】本発明に係る実施の形態４のマイクロ波加熱装置の構成を示す図
【図１７】実施の形態４のマイクロ波加熱装置における電力検出部の検出信号の一例を示す特性図
【図１８】実施の形態４のマイクロ波加熱装置における制御動作を示すフローチャート
【図１９】実施の形態４のマイクロ波加熱装置における制御動作を示すフローチャート
【図２０】実施の形態４のマイクロ波加熱装置における制御動作を示すフローチャート
【図２１】本発明に係る実施の形態５のマイクロ波加熱装置の構成を示す図
【図２２】実施の形態５のマイクロ波加熱装置における電力検出部の検出信号の一例を示す特性図
【図２３】本発明に係る実施の形態６のマイクロ波加熱装置の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。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。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、実施の形態１のマイクロ波加熱装置において、マイクロ波発生部１０は、マイクロ波を生成するマイクロ波発振部１１、マイクロ波発振部１１の出力を増幅する複数段のマイクロ波増幅部１１２，１１４、マイクロ波発振部１１の出力を初段マイクロ波増幅部１１２に導くマイクロ波伝送路１１３、後段である主マイクロ波増幅部１１４の出力をマイクロ波発生部１０の出力部１１５に導くマイクロ波伝送路１１６、を具備して構成されている。マイクロ波発振部１１及びマイクロ波増幅部１１２，１１４は半導体素子を用いて構成されている。上記のように、マイクロ波発生部１０においては、マイクロ波発振部１１からのマイクロ波が初段マイクロ波増幅部１１２で増幅され、さらに初段マイクロ波増幅部１１２の出力が主マイクロ波増幅部１１４において増幅されて、出力部１１５から出力される。
【００３０】
マイクロ波発生部１０は低誘電損失材料により構成された誘電体基板１１７上に形成されている。初段マイクロ波増幅部１１２および主マイクロ波増幅部１１４は、誘電体基板１１７の片面に形成された導電体パターンの回路で構成されており、各マイクロ波増幅部１１２、１１４の増幅素子である半導体素子を良好に動作させるために、各半導体素子の入力側と出力側にはそれぞれ整合回路が設けられている。
【００３１】
マイクロ波伝送路１１３、１１６は、誘電体基板１１７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５０Ωの伝送回路が形成されている。
マイクロ波発生部１０のマイクロ波発振部１１は、２４００ＭＨｚから２５００ＭＨｚの周波数を発生する周波数可変機能を備えている。
【００３２】
図１に示すように、実施の形態１のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を収納するとともにマイクロ波発生部１０から出力されたマイクロ波が供給される加熱室１００を備えている。加熱室１００には、被加熱物１０１を出し入れするための扉（図示省略）が加熱室１００を構成する一壁面に設けられている。加熱室１００において、扉を設けた壁面以外の壁面は、金属材料の遮蔽板で構成されており、加熱室１００内に供給されたマイクロ波を加熱室内部に閉じ込めるよう構成されている。加熱室１００内には、加熱室底壁面１０２と所定の間隔を有して配置されて加熱室内空間を仕切るとともに、被加熱物１０１を載置するための仕切部１０３が設けられている。したがって、加熱室内空間は、仕切部１０３により、仕切部１０３の上側空間において被加熱物１０１を収納する第１加熱室１００ａと、仕切部１０３の下側空間となる第２加熱室１００ｂとに区分けされている。この仕切部１０３は金属材料により構成されているが、仕切部１０３の被加熱物載置面と反対側の面（裏面）、即ち第２加熱室１００ｂに対向する面にはマイクロ波吸収材を含有するマイクロ波吸収体であるマイクロ波吸収体層１０４が密着して設けられている。
【００３３】
また、加熱室１００には、被加熱物１０１を収納する第１加熱室１００ａ内にマイクロ波を供給する第１給電部１０５、およびマイクロ波吸収体層１０４が一壁面を構成する第２加熱室１００ｂ内にマイクロ波を供給する第２給電部１０６が設けられている。
【００３４】
仕切部１０３の裏面を覆うマイクロ波吸収体層１０４は、酸化マンガンと酸化第２鉄を主成分としたフェライト材を４０〜８０重量％とし、耐熱性樹脂であるシリコン材を混合させて形成したマイクロ波吸収材を基材としたものであり、耐熱塗装を施した仕切部１０３の裏面の第２加熱室対向面（接合面）に接着されている。フェライト材としては１〜１０μｍの粉末を用いている。
【００３５】
なお、フェライト材の組成は、上記成分の他に酸化マグネシウムや酸化亜鉛などを用いてもよい。また、フェライト材の代わりにカーボン材やＳｉＣ材を用いてもよい。
【００３６】
実施の形態１のマイクロ波加熱装置においては、仕切部１０３の被加熱物載置面を平板な板材で構成した例で示したが、仕切部１０３の被加熱物載置面を凹凸形状として、マイクロ波吸収体層１０４の接合面を凹凸形状としてもよい。このように、マイクロ波吸収体層１０４を凹凸形状とすることにより、マイクロ波吸収体層１０４の表面積が大きくなり、第２加熱室１００ｂに供給されたマイクロ波の吸収性能を向上させることが可能となる。また、平板形状の仕切部１０３の裏面に凹凸形状の別部材を接合させて、その別部材の凹凸面上にマイクロ波吸収体層１０４を形成してもよく、同様の効果を奏する。
【００３７】
図１に示すように、マイクロ波発生部１０からの出力は、循環型の非可逆回路を構成するサーキュレータ（以下、サーキュレータと称す）１１８を介して第１給電部１０５に伝送され、第１加熱室１００ａ内に供給される。第１加熱室１００ａから第１給電部１０５を介してサーキュレータ１１８側に戻る反射マイクロ波は、サーキュレータ１１８により第２給電部１０６に伝送される。このように、サーキュレータ１１８は、第１給電部１０５からサーキュレータ１１８側に戻る反射マイクロ波を第２給電部１０６に伝送させるように構成されている。
【００３８】
また、サーキュレータ１１８と第２給電部１０６との間の伝送路には、電力検出部１１９が配設されている。電力検出部１１９は、サーキュレータ１１８から第２給電部１０６に伝送するマイクロ波、および第２加熱室１００ｂから第２給電部１０６を介してサーキュレータ１１８側に戻る反射マイクロ波のそれぞれの電力量を検出する。
【００３９】
実施の形態１のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波発生部１０の動作を制御する制御部１２０が設けられている。制御部１２０は、電力検出部１１９が検出した信号を受け取り、各種処理を行った後、マイクロ波発振部１１の発振周波数の可変制御を行っている。
【００４０】
電力検出部１１９は、結合度が約４０ｄＢの方向性結合器で構成されており、伝送および反射のマイクロ波電力の約１／１００００の電力量を検出する。電力検出部１１９において、検出された電力量を示す電力信号は、それぞれ検波ダイオード（図示省略）で整流化され、コンデンサ（図示省略）で平滑処理されて、その出力信号が制御部１２０に入力される。
【００４１】
次に、以上のように構成された本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置の動作について図２から図５を参照しつつ説明する。
【００４２】
図２は、実施の形態１のマイクロ波加熱装置における電力検出部１１９の検出信号の一例を示す特性図である。図２において、グラフの横軸は周波数［ＭＨｚ］、縦軸は電力検出部１１９が検出した第２給電部側に伝送する電力（伝送電力）、および第２給電部１０６からサーキュレータ１１８側に戻る電力（反射電力）をマイクロ波発生部１０の出力に対する比率［％］で示している。特性曲線Ｇ１１０は伝送電力の比率、特性曲線Ｇ１１１は反射電力の比率である。
【００４３】
伝送電力を示す特性曲線Ｇ１１０においては、伝送電力値が極小値を示す周波数ｆ１、ｆ２を有しており、また伝送電力値が最大値を示す周波数ｆ３を有している。反射電力を示す特性曲線Ｇ１１１においては、第２給電部側に反射する電力が生じる周波数帯域を有することが示されている。この反射電力は、マイクロ波吸収体層１０４の吸収能力およびマイクロ波を吸収して発熱することにともなうマイクロ波吸収体層１０４のインピーダンス変化に応じた特性の変化により生じたものである。
【００４４】
なお、図２のグラフにおいて、破線で示す直線Ｇ１１２は、反射電力の比率が１０％のところを示すものである。この１０％のレベルを超過すると制御部１２０はマイクロ波発振部１１の発振周波数を異なる周波数に切替え制御し、および／またはマイクロ波増幅部１１２，１１４の駆動電圧を減じてマイクロ波発生部１０の出力を低減させる制御を実行する。
【００４５】
以下に、本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置の詳細な制御例について図３から図５のフローチャートを用いて説明する。
被加熱物１０１が加熱室１００内に収納されて仕切部１０３上に載置され、加熱条件が操作部（図示省略）において設定され、加熱開始キーが押圧されて加熱開始信号が発生する（図３のステップＳ１１１）。加熱開始信号が入力された制御部１２０においては、制御出力信号を生成して、マイクロ波発生部１０を第１の出力電力、たとえば１００Ｗ未満の電力、に設定して動作を開始させる（ステップＳ１１２）。このとき制御部１２０は、所定の駆動電源電圧を初段マイクロ波増幅部１１２および主マイクロ波増幅部１１４に供給する。また、制御部１２０は、マイクロ波発振部１１の初期の発振周波数を、たとえば２４００ＭＨｚに設定する制御信号を出力し、マイクロ波発振部１１の発振動作を開始させる。このように、マイクロ波発生部１０は、初期段階において、たとえば２４００ＭＨｚで１００Ｗ未満のマイクロ波電力を第１の出力電力として出力する。
【００４６】
次に、ステップＳ１１３では、マイクロ波発振部１１の発振周波数を初期の２４００ＭＨｚから１ＭＨｚピッチ（たとえば、１０ミリ秒で１ＭＨｚ）で高い周波数の方へ変化させ、周波数可変範囲の上限である２５００ＭＨｚまで変化させる。この周波数可変動作において、電力検出部１１９から得られる伝送電力と反射電力をそれぞれ記憶し、ステップＳ１１４に進む。
【００４７】
ステップＳ１１４では、被加熱物１０１の加熱条件に基づいて、制御内容を選択する。加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合は、図５に示すステップＳ１３４に進む。加熱条件が焼き加熱以外の場合にはステップＳ１１５に進む。焼き加熱以外の場合とは、主にマイクロ波を利用して被加熱物１０１を加熱、或いは解凍加熱などを行う場合である。
【００４８】
ステップＳ１１５では、電力検出部１１９から得た伝送電力が周波数特性曲線において極小値を示す周波数（たとえば、図２における周波数ｆ１、ｆ２）を抽出処理し、ステップＳ１１６に進む。ステップＳ１１６では、加熱条件が被加熱物１０１の高速加熱または均一加熱のいずれかに対応して以降の制御ルーチンを選択する。加熱条件が高速加熱の場合にはステップＳ１１７に進み、均一加熱の場合には図４に示すステップＳ１２３に進む。高速加熱および均一加熱はマイクロ波加熱モードである。
【００４９】
まず、マイクロ波加熱モードのひとつである、加熱条件がマイクロ波を用いた高速加熱の場合について説明する。
加熱条件として高速加熱が選択された場合には、ステップＳ１１７において、伝送電力が最小値を示す周波数（たとえば、図２における周波数ｆ１）を発振周波数として設定して、ステップＳ１１８に進む。
【００５０】
ステップＳ１１８では、マイクロ波発生部１０が定格出力である第２の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部１１２の駆動電圧が制御される。なお、制御部１２０は、本発明のマイクロ波加熱装置の仕様に応じて、初段マイクロ波増幅部１１２および主マイクロ波増幅部１１４の両方の駆動電圧を制御してもよく、主マイクロ波増幅部１１４の駆動電圧のみを制御する構成としてもよい。以下の各実施の形態における説明においては、上記のような制御部１２０の制御動作を、初段マイクロ波増幅部１１２および／または主マイクロ波増幅部１１４の駆動電圧を制御（設定）すると記載する。
【００５１】
次に、ステップＳ１１８において設定された第２の出力電力で本格加熱動作が開始される（ステップＳ１１９）。本格加熱動作において、ステップＳ１２０に進み、電力検出部１１９が検出する反射電力が所定値（マイクロ波発生部１０の出力に対する反射電力の比率が１０％に相当する値）以下にあるかどうかを判定する。反射電力が所定値を超過していない場合にはステップＳ１２１に進み、超過している場合にはステップＳ１２２に進む。ステップＳ１２２では初段マイクロ波増幅部１１２および／または主マイクロ波増幅部１１４の駆動電圧を低減制御して、反射電力が前記所定値以下になるように調整し、ステップＳ１２１に進む。
【００５２】
ステップＳ１２１では、被加熱物１０１の加熱進捗を判定する。この加熱進捗は、加熱条件として加熱処理時間が設定されている場合には、その加熱処理時間に到達したか否かを判定する。加熱処理時間に到達していない場合にはステップＳ１２０に戻り、到達している場合には加熱動作を終了させる。
【００５３】
なお、実施の形態１のマイクロ波加熱装置において、被加熱物１０１の物理情報、たとえば被加熱物１０１に関する表面温度、大きさ、量などを検出する手段が設けられている場合には、その物理情報の検出手段の検出信号に基づいて加熱が完了したか否かを判定してもよい。物理情報の検出手段として、たとえば温度検知手段の場合、所望温度（たとえば７５℃）に到達しているか否かの判定を行う。未到達の場合はステップＳ１２０に戻り、到達している場合は加熱動作を終了させる。また、被加熱物１０１に関する大きさ、量などを検出する手段が設けられている場合には、調理方法などの処理方法に応じて、大きさ、量のそれぞれの範囲に対して予め決められた加熱動作時間を抽出し、その加熱動作時間に到達したか否かにより加熱動作の終了を決定してもよい。
【００５４】
上記のように、電力検出部１１９が検出した伝送電力が最小値となる周波数を発生させるようにマイクロ波発振部１１を制御することにより、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ内に供給する、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化して、被加熱物１０１に対する高速加熱処理を実行することができる。
【００５５】
次に、マイクロ波加熱モードの他のひとつである、加熱条件が被加熱物１０１の均一加熱の場合について説明する。
マイクロ波が供給される加熱室１００は、閉空間であり、供給されるマイクロ波の周波数帯域において、複数の共振モードを生じるように加熱室形状が設定されている。
たとえば、加熱室形状を横３６０ｍｍ、奥行３６０ｍｍ、高さ２１０ｍｍとした場合、加熱室１００内に負荷である被加熱物１０１が存在しない条件の下では、周波数と共振モードとの関係として、２４２８ＭＨｚで＜５３０＞または＜３５０＞、２４６１ＭＨｚで＜４４１＞、２５１４ＭＨｚで＜３１３＞の定在波が生じる。ここで、＜＞内の数値は、加熱室１００の横方向、奥行方向、高さ方向にそれぞれ生じる定在波の山の数を示す。そして、この数値が加熱室１００内でのマイクロ波電磁波強度の分散を示す。
【００５６】
加熱室１００内に被加熱物１０１が収納されると、被加熱物１０１の比誘電率が空気の比誘電率である１よりも大きいため、加熱室１００の実質形状は大きくなったように作用する。この結果、被加熱物１０１の種類や容量に応じて上記した共振モードが発生する周波数は、上記の値よりも低い側に生じることになる。
【００５７】
以下に説明する均一加熱の制御は、加熱室１００内に生じる複数の共振モードを利用したものである。
図３に示すステップＳ１１６において加熱条件が均一加熱であると判定した場合には、図４のステップＳ１２３に進む。
ステップＳ１２３において、伝送電力が最小値を示す周波数（たとえば、図２における周波数ｆ１）を発振周波数に設定して、ステップＳ１２４に進む。
【００５８】
ステップＳ１２４では、マイクロ波発生部１０が定格出力である第２の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部１１２および／または主マイクロ波増幅部１１４の駆動電圧が設定される。次に、ステップＳ１２４において設定された第２の出力電力（定格出力）で本格加熱動作が開始される（ステップＳ１２５）。本格加熱動作において、ステップＳ１２６に進み、電力検出部１１９が検出する反射電力が所定値以下、たとえばマイクロ波発生部１０の出力に対する反射電力の比率が１０％に相当する値以下にあるかどうかを判定する。反射電力の比率が１０％に相当する所定値を超過していない場合にはステップＳ１２７に進み、所定値を超過している場合にはステップＳ１２８に進む。ステップＳ１２８では初段マイクロ波増幅部１１２および／または主マイクロ波増幅部１１４の駆動電圧を低減制御して、前記所定値以下に調整し、ステップＳ１２７に進む。
【００５９】
ステップＳ１２７では、同一周波数において動作させる時間を規定した所定時間に対して現時点での動作時間が所定時間に到達したか否かを判定する。動作時間が所定時間に未到達の場合にはステップＳ１２６に戻り、到達している場合にはステップＳ１２９に進む。
ステップＳ１２９では、電力検出部１１９が検出した伝送電力が極小値を示す発振周波数群の中で、伝送電力が二番目に小さい周波数（たとえば、図２における周波数ｆ２）に周波数を設定してステップＳ１３０に進む。
【００６０】
なお、図２に示した特性曲線の場合には、極小値を示す周波数が２つであり、それぞれを切換選択することになる。ただし、図２に一例として示した特性曲線においては、伝送電力の比率が１０％以下の周波数が周波数ｆ１の帯域だけであるため、均一加熱するためには出力電力を低減するか、若しくは極小値を示す周波数の切換選択を取り止めたり、動作時間を制限したりする制御を行う必要がある。
【００６１】
また、極小値を示す周波数が３つ以上ある場合には、伝送電力の低い周波数から順次高い周波数の方へ切換選択する。この切換選択のとき、最大の極小値を示す周波数に到達したときには、一旦、最小の極小値を示す周波数に戻り、再度順次高い周波数の方へ切換選択していってもよく、若しくは最大の極小値を示す周波数の次に逆戻りするように順次低い周波数の方へ切換選択していってもよい。
【００６２】
ステップＳ１３０〜ステップＳ１３２は、前述のステップＳ１２６〜ステップＳ１２８と同様の制御動作を実行する。ステップＳ１３２において現在の発振周波数での動作時間が所定時間に到達するとステップＳ１３３に進む。
ステップＳ１３３においては、前述したステップＳ１２１と同様の制御動作を実行し、加熱処理が完了していない判定されるとステップＳ１２９に戻り、加熱処理が完了したと判定されると加熱動作を終了する。
【００６３】
上記のように、実施の形態１のマイクロ波加熱装置においては、電力検出部１１９の検出信号が極小値となる周波数群の周波数を順次発生させるようにマイクロ波発振部１１を制御してマイクロ波を形成し、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ内に供給する。そして、第１加熱室１００ａ内に供給されて被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化するとともに、第１給電部１０５がマイクロ波電力を供給する加熱室空間内のマイクロ波分布を変化させることにより、被加熱物１０１に対する均一加熱を効率高く実行することができる。
【００６４】
次に、加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合について説明する。焼き加熱は輻射伝導加熱モードである。
図３に示すステップＳ１１４では、被加熱物１０１の加熱条件に基づいて、制御内容が選択される。加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合には、図５に示すステップＳ１３４に進む。
ステップＳ１３４では伝送電力が最大値を示す周波数（たとえば、図２における周波数ｆ３）にマイクロ波発振部１１の発振周波数を設定し、ステップＳ１３５に進む。
【００６５】
ステップＳ１３５では、マイクロ波発生部１０が定格出力である第２の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部１１２および／または主マイクロ波増幅部１１４の駆動電圧が設定される。次に、ステップＳ１３５において設定された第２の出力電力で本格加熱動作が開始される（ステップＳ１３６）。本格加熱動作において、ステップＳ１３７に進み、電力検出部１１９が検出する反射電力が所定値（マイクロ波発生部１０の出力に対する反射電力の比率が１０％に相当する値）以下にあるかどうかを判定する。反射電力が前記所定値を超過していない場合にはステップＳ１３８に進み、超過している場合にはステップＳ１３９に進む。ステップＳ１３９では初段マイクロ波増幅部１１２および／または主マイクロ波増幅部１１４の駆動電圧を低減制御して、反射電力が前記所定値以下になるように調整し、ステップＳ１３８に進む。
【００６６】
ステップＳ１３８では、被加熱物１０１の加熱進捗を判定する。この加熱進捗は、加熱条件として入力された加熱処理時間に到達したか否かを判定する。加熱処理時間に到達していない場合にはステップＳ１３７に戻り、到達している場合には加熱動作を終了させる。
【００６７】
上記のように、電力検出部１１９の検出する伝送電力が最大値を示す周波数を発生させるようにマイクロ波発振部１１を制御することにより、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ内に供給されて被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量を最小化している。このため、第２給電部１０６から第２加熱室１００ｂ内に供給されるマイクロ波エネルギが最大化され、マイクロ波吸収体層１０４が吸収するマイクロ波エネルギ量を最大化し、被加熱物１０１に対する焼き加熱を促進させることができる。
【００６８】
なお、実施の形態１のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波加熱モードおよび輻射伝導加熱モードはそれぞれ単独で実行させるだけでなく、相互に組み合わせて複合加熱モードとして実行させることも可能である。
【００６９】
実施の形態１のマイクロ波加熱装置における加熱制御動作について説明したが、以下この加熱制御動作による効果について説明する。
被加熱物１０１に対する加熱開始とともにマイクロ波発振部１１の発振周波数をその可変可能帯域の全域にわたって所定の周波数間隔にて可変させることにより、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ側、および第２給電部１０６から第２加熱室１００ｂ側をそれぞれ見たときの負荷インピーダンスを変化させることができる。
【００７０】
このように負荷インピーダンスを変化させることにより、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ内に供給され、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量と、第１加熱室１００ａから第１給電部１０５に戻りサーキュレータ１１８を介して第２給電部１０６から第２加熱室１００ｂに供給されて、マイクロ波吸収体層１０４に吸収されるマイクロ波エネルギ量との比率を、発振周波数をパラメータとして任意に選択することができる。この結果、要求される加熱条件に応じて被加熱物１０１を効果的に加熱することができる。
【００７１】
第１加熱室１００ａに収納される被加熱物１０１の形状、種類、量により、同一周波数であっても負荷インピーダンスは変化する。しかし、最適な発振周波数を選択することにより、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ側を見たときの負荷インピーダンスを、第１給電部１０５からマイクロ波発生部１０側を見たときの電源インピーダンスに近づけて、第１給電部１０５への反射電力、或いは第２給電部１０６への伝送電力を低減することができる。このように、第１給電部１０５への反射電力、或いは第２給電部１０６への伝送電力が最も少ない値となる発振周波数を利用することにより、被加熱物１０１に対するマイクロ波エネルギの受熱量を最大化し、被加熱物１０１を高速に加熱することができる。
【００７２】
また、第１給電部１０５への反射電力、或いは第２給電部１０６への伝送電力が周波数特性において極小値を示す周波数群において、その周波数群における周波数を順次に切り替えて、第１加熱室１００ａおよび第２加熱室１００ｂにマイクロ波電力を供給することにより、第１加熱室１００ａおよび第２加熱室１００ｂ内に生じるマイクロ波分布を変化させることができる。この結果、被加熱物１０１およびマイクロ波吸収体層１０４の均一加熱を促進させることができる。
【００７３】
以上のように、実施の形態１のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａにおいて、前述の周波数選択制御により、被加熱物１０１に対して高速加熱、或いは均一加熱を効率高く実行することができる。
【００７４】
実施の形態１のマイクロ波加熱装置において、第１加熱室１００ａから第１給電部１０５への反射電力、或いは第２給電部１０６への伝送電力が大きい周波数が数多く存在する。実施の形態１のマイクロ波加熱装置は、第２給電部１０６から第２加熱室１００ｂ内に供給するマイクロ波電力量が大きい周波数を利用して、被加熱物１０１の焼き加熱を実現させている。すなわち、第１給電部１０５への反射電力、或いは第２給電部１０６への伝送電力が最大となる周波数を選択し、その選択した周波数にてマイクロ波発生部１０を動作させている。このようにマイクロ波発生部１０を動作させることにより、被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａにおける被加熱物１０１へのマイクロ波の受熱量は最小になる。第１加熱室１００ａ内で消費されずに第１給電部１０５への反射するマイクロ波は、サーキュレータ１１８を介して第２給電部１０６へ伝送されて、第２加熱室１００ｂ内に供給されている。第２加熱室１００ｂ内に供給されたマイクロ波は、マイクロ波吸収体層１０４に吸収され、マイクロ波吸収体層１０４が発熱する。マイクロ波吸収体層１０４の発熱は、接合した仕切部１０３に伝熱し、高温になった仕切部１０３が被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａ内に対して熱輻射する。この熱輻射を被加熱物１０１が受熱することにより、マイクロ波吸収体層１０４は熱飽和に至ることなく供給されたマイクロ波をほぼ１００％消費することができる。この結果、実施の形態１のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を高速に焼き加熱することができる。
【００７５】
以上のように、実施の形態１のマイクロ波加熱装置においては、加熱室１００内に供給されたマイクロ波発生部１０の出力電力は、被加熱物１０１およびマイクロ波吸収体層１０４にてほぼ完全に消費させることができる。これにより、マイクロ波発生部１０の出力は、ほぼ１００％被加熱物１０１の加熱処理において消費させることができるため、本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置により、優れた省エネルギ性能を有する加熱装置を提供することができる。
【００７６】
なお、マイクロ波吸収体層１０４が熱飽和に至りマイクロ波の吸収能力が飽和した場合には、第２加熱室１００ｂから第２給電部１０６側に反射電力を生じる。この反射電力はサーキュレータ１１８を介してマイクロ波発生部１０側に反射することになり、マイクロ波発生部１０の能動素子である半導体素子が熱破壊の危険性がある。このような熱破壊を防止するべく、本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置においては、第２給電部１０６からの反射電力が所定レベル（たとえば、マイクロ波発生部１０の出力の１０％）を超過すると、各マイクロ波増幅部１１２、１１４の駆動電圧を低減させている。このように各マイクロ波増幅部１１２、１１４の駆動電圧を低減させるように制御することにより、増幅動作に伴う熱損失量を減少させるとともに、反射電力を低減して半導体素子の熱破壊を確実に保護することができる。
【００７７】
また、本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置において、焼き加熱の制御を第２給電部１０６への伝送電力が最大となる周波数のみで動作させてもよいし、第２給電部１０６への伝送電力が最大となる周波数を中心周波数として特定の帯域内（たとえば、２０ＭＨｚ）で周波数をスイープさせる制御を行ってもよい。周波数をスイープさせる制御を行うことにより、マイクロ波吸収体層１０４は全体が均一に加熱されるため、底面積の大きい被加熱物１０１の焼き加熱を効果的に実行することができる。
前述した焼き加熱のいろいろな制御方法の選択は、被加熱物１０１の形状、種類、量などに応じて予め設定するよう構成してもよい。
【００７８】
（実施の形態２）
以下、本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置について添付の図６から図１０を用いて説明する。図６は実施の形態２のマイクロ波加熱装置の構成を示すブロック図である。図７は実施の形態２のマイクロ波加熱装置における周波数特性図である。図８から図１０は実施の形態２のマイクロ波加熱装置における動作を示すフローチャートである。実施の形態２の説明において前述の実施の形態１と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付して、その説明は実施の形態１における説明を適用する。
【００７９】
図６において、実施の形態２のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波発生部１０は、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発振部１１、マイクロ波発振部１１の出力を２分配して出力する電力分配器２１２、電力分配器２１２において分配された各出力がマイクロ波伝送路２１４ａ、２１４ｂを介して入力される初段マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂ、および初段マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂのそれぞれの出力をさらに増幅する主マイクロ波増幅部２１５ａ、２１５ｂ、を有して構成されている。主マイクロ波増幅部２１５ａ、２１５ｂの出力は、マイクロ波伝送路２１７ａ、２１７ｂを介して各出力部２１６ａ、２１６ｂに導かれている。初段マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂおよび主マイクロ波増幅部２１５ａ、２１５ｂは、それぞれ半導体素子を用いて構成されている。
【００８０】
マイクロ波発生部１０は低誘電損失材料により構成された誘電体基板２１８上に形成されている。初段マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂおよび主マイクロ波増幅部２１５ａ、２１５ｂは、誘電体基板２１８の片面に形成された導電体パターンの回路で構成されており、各マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂ、２１５ａ、２１５ｂ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のそれぞれに整合回路が設けられている。
【００８１】
マイクロ波伝送路２１４ａ、２１４ｂ、２１７ａ、２１７ｂは、誘電体基板２１８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５０Ωの伝送回路が形成されている。
マイクロ波発生部１０のマイクロ波発振部１１は、２４００ＭＨｚから２５００ＭＨｚの周波数を発生する周波数可変機能を備えている。
【００８２】
図６に示すように、実施の形態２のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を収納するとともにマイクロ波発生部１０から出力されたマイクロ波が供給される加熱室１００を備えている。加熱室１００には、被加熱物１０１を出し入れするための扉（図示省略）が加熱室１００を構成する一壁面に設けられている。加熱室１００において、扉を設けた壁面以外の壁面は、金属材料の遮蔽版で構成されており、加熱室１００内に供給されたマイクロ波を加熱室内部に閉じ込めるように構成されている。加熱室１００内には、加熱室底壁面１０２と所定の間隔を有して配置されて加熱室内空間を仕切るとともに、被加熱物１０１を載置するための仕切部１０３が設けられている。したがって、加熱室内空間は、仕切部１０３により、仕切部１０３の上側空間において被加熱物１０１を収納する第１加熱室１００ａと、仕切部１０３の下側空間となる第２加熱室１００ｂとに区分けされている。この仕切部１０３は金属材料により構成されているが、仕切部１０３の被加熱物載置面と反対側の面（裏面）、即ち第２加熱室１００ｂに対向する面にはマイクロ波吸収材を含有するマイクロ波吸収体であるマイクロ波吸収体層１０４が密着して設けられている。
【００８３】
また、加熱室１００には、被加熱物１０１を収納する第１加熱室１００ａ内にマイクロ波を供給する２つの第１給電部１０５ａ、１０５ｂおよびマイクロ波吸収体層１０４が一壁面を構成する第２加熱室１００ｂ内にマイクロ波を供給する２つの第２給電部１０６ａ、１０６ｂが設けられている。第１加熱室１００ａにおける２つの第１給電部１０５ａ、１０５ｂは、第１加熱室１００ａの左側壁面と右側壁面に対向して配置されている。また、第２加熱室１００ｂにおける２つの第２給電部１０６ａ、１０６ｂは、第２加熱室１００ｂの左側壁面と右側壁面に対向して配置されている。
【００８４】
仕切部１０３の裏面を覆うマイクロ波吸収体層１０４は、前述の実施の形態１におけるマイクロ波吸収体層１０４と同様に、フェライトと樹脂材とを混合させて構成したマイクロ波吸収材を基材としたものであり、耐熱塗装を施した仕切部１０３の裏面における第２加熱室１００ｂと対向する面（接合面）に接着されている。
【００８５】
なお、仕切部１０３の接合面は凹凸形状となっておりマイクロ波吸収体層１０４の表面積を大きく形成して、第２加熱室１００ｂに供給されたマイクロ波の吸収性能を向上させている。
【００８６】
図６に示すように、マイクロ波発生部１０からの出力は、循環型の非可逆回路を構成する各サーキュレータ２１９ａ、２１９ｂを介してそれぞれの第１給電部１０５ａ、１０５ｂに伝送され、第１加熱室１００ａ内に供給される。第１加熱室１００ａから各第１給電部１０５ａ、１０５ｂを介してそれぞれのサーキュレータ２１９ａ、２１９ｂ側に戻る反射マイクロ波は、各サーキュレータ２１９ａ、２１９ｂによりそれぞれの第２給電部１０６ａ、１０６ｂに伝送される。このように各サーキュレータ２１９ａ、２１９ｂは、各第１給電部１０５ａ、１０５ｂからサーキュレータ２１９ａ、２１９ｂ側に戻る反射マイクロ波を、各第２給電部１０６ａ、１０６ｂに伝送させるように構成されている。
【００８７】
また、サーキュレータ２１９ａ、２１９ｂと第２給電部１０６ａ、１０６ｂとの間の各伝送路には、それぞれ電力検出部２２０ａ、２２０ｂが配設されている。電力検出部２２０ａ、２２０ｂは、サーキュレータ２１９ａ、２１９ｂから第２給電部１０６ａ、１０６ｂ側にそれぞれ伝送するマイクロ波、および第２加熱室１００ｂから第２給電部１０６ａ、１０６ｂを介してサーキュレータ２１９ａ、２１９ｂ側に戻る反射マイクロ波のそれぞれの電力量を検出する。
【００８８】
実施の形態２のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波発生部１０の動作を制御する制御部２２１が設けられている。制御部２２１は、電力検出部２２０ａ、２２０ｂが検出した各信号を受け取り、各種処理を行った後、マイクロ波発振部１１の発振周波数の可変制御を行っている。
【００８９】
電力検出部２２０ａ、２２０ｂは、結合度が約４０ｄＢの方向性結合器で構成されており、伝送および反射のマイクロ波電力の約１／１００００の電力量を検出する。各電力検出部２２０ａ、２２０ｂにおいて、検出された電力量を示す電力信号は、それぞれ検波ダイオード（図示省略）で整流化され、コンデンサ（図示省略）で平滑処理されて、出力される。それぞれの出力信号は制御部２２１に入力される。
【００９０】
次に、以上のように構成された本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置の動作について図７から図１０を参照しつつ説明する。
図７は、実施の形態２のマイクロ波加熱装置における電力検出部２２０ａ、２２０ｂの検出信号の一例を示す特性図である。図７において、グラフの横軸は周波数［ＭＨｚ］、縦軸は電力検出部２２０ａ、２２０ｂが検出した第２給電部側に伝送する電力（伝送電力）の総和、および第２給電部１０６ａ、１０６ｂからサーキュレータ２１９ａ、２１９ｂ側に戻る電力（反射電力）の総和をマイクロ波発生部１０の出力の総和に対する比率［％］で示している。特性曲線Ｇ２１０は伝送電力の比率、特性曲線Ｇ２１１は反射電力の比率である。
【００９１】
伝送電力を示す特性曲線Ｇ２１０においては、伝送電力値が極小値を示す周波数ｆ１、ｆ２を有しており、また伝送電力が最大値を示す周波数ｆ３を有している。反射電力を示す特性曲線Ｇ２１１において、周波数帯域の全般にわたって低位レベルであるが、第２給電部１０６ａ、１０６ｂからサーキュレータ側に戻る反射電力が生じる周波数帯域が、高い周波数領域において存在することが示されている。この反射電力は、マイクロ波吸収体層１０４の吸収能力、およびマイクロ波を吸収して発熱することにともなうマイクロ波吸収体層１０４のインピーダンス変化に応じた特性の変化により生じたものである。
【００９２】
なお、図７のグラフにおいて、破線で示す直線Ｇ２１２は、マイクロ波発生部１０を定格出力で動作させた時の反射電力の比率が１０％のところを示すものである。この１０％のレベル、すなわち定格出力の１０％に対応する反射電力の絶対値を基準値として、この基準値を超過すると制御部２２１はマイクロ波発振部１１の発振周波数を異なる周波数に切替え制御し、および／またはマイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂ、２１５ａ、２１５ｂの駆動電圧を減じてマイクロ波発生部１０の出力を低減させる制御を実行する。
【００９３】
以下に、本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置の詳細な制御例について図８から図１０のフローチャートを用いて説明する。
被加熱物１０１を加熱室１００内に収納されて仕切部１０３上に載置され、加熱条件が操作部（図示省略）において設定され、加熱開始キーが押圧されて加熱開始信号が発生する（図８のステップＳ２１１）。加熱開始信号が入力された制御部２２１においては、制御出力信号を生成して、マイクロ波発生部１０を第１の出力電力、たとえば１００Ｗ未満の電力、に設定して動作を開始する（ステップＳ２１２）。このとき制御部２２１は、所定の駆動電源電圧を初段マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂおよび主マイクロ波増幅部２１５ａ、２１５ｂに供給する。また、制御部２２１は、マイクロ波発振部１１の初期の発振周波数を、たとえば２４００ＭＨｚに設定する制御信号を出力し、マイクロ波発振部１１の発振動作を開始させる。このように、マイクロ波発生部１０は、初期段階において、たとえば２４００ＭＨｚで１００Ｗ未満のマイクロ波電力を第１の出力電力として出力する。
【００９４】
次に、ステップＳ２１３では、マイクロ波発振部１１の発振周波数を初期の２４００ＭＨｚから１ＭＨｚピッチ（たとえば、１０ミリ秒で１ＭＨｚ）で高い周波数の方へ変化させ、周波数可変範囲の上限である２５００ＭＨｚまで変化させる。この周波数可変動作において、電力検出部２２０ａ、２２０ｂから得られる伝送電力と反射電力をそれぞれ記憶し、ステップＳ２１４に進む。
【００９５】
ステップＳ２１４では、被加熱物１０１の加熱条件に基づいて、制御内容を選択する。加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合は、図１０に示すステップＳ２３４に進む。加熱条件が焼き加熱以外の場合にはステップＳ２１５に進む。焼き加熱以外の場合とは、主にマイクロ波を利用して被加熱物１０１を加熱、或いは解凍加熱などを行う場合である。
【００９６】
ステップＳ２１５では、電力検出部２２０ａ、２２０ｂから得た伝送電力の総和が周波数特性曲線において極小値を示す周波数（たとえば、図７における周波数ｆ１、ｆ２）を抽出処理し、ステップＳ２１６に進む。ステップＳ２１６では、加熱条件が被加熱物１０１を高速加熱または均一加熱のいずれかに対応して以降の制御ルーチンを選択する。加熱条件が高速加熱の場合にはステップＳ２１７に進み、均一加熱の場合には図９のステップＳ２２３に進む。高速加熱および均一加熱はマイクロ波加熱モードである。
【００９７】
まず、マイクロ波加熱モードのひとつである、加熱条件がマイクロ波を用いた高速加熱の場合について説明する。
加熱条件として高速加熱が選択された場合には、ステップＳ２１７において、伝送電力が最小値を示す周波数（たとえば、図７における周波数ｆ１）を発振周波数として設定して、ステップＳ２１８に進む。
ステップＳ２１８では、マイクロ波発生部１０が定格出力である第２の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部２１５ａ、２１５ｂの駆動電圧を設定する。
【００９８】
次に、ステップＳ２１８において設定された第２の出力電力（定格出力）で本格加熱動作が開始される（ステップＳ２１９）。本格加熱動作において、ステップＳ２２０に進み、電力検出部２２０ａ、２２０ｂが検出する反射電力が所定値（マイクロ波発生部１０の定格出力の１０％に相当する値）以下にあるかどうかを判定する。反射電力が前記所定値を超過していない場合にはステップＳ２２１に進み、超過している場合にはステップＳ２２２に進む。ステップＳ２２２では初段マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部２１５ａ、２１５ｂの駆動電圧を低減制御し、反射電力が前記所定値以下になるように調整してステップＳ２２１に進む。
【００９９】
ステップＳ２２１では、被加熱物１０１の加熱進捗を判定する。この加熱進捗は、加熱条件として加熱処理時間が設定されている場合には、その加熱処理時間に到達したか否かを判定する。加熱処理時間に到達していない場合にはステップＳ２２０に戻り、到達している場合には加熱動作を終了させる。
【０１００】
なお、実施の形態２のマイクロ波加熱装置が被加熱物１０１の物理情報、たとえば被加熱物１０１に関する表面温度、大きさ、量などを検出する手段が設けられている場合には、その物理情報の検出手段の検出信号に基づいて加熱が完了したか否かを判定してもよい。物理情報の検出手段として、たとえば温度検知手段の場合、所望温度（たとえば７５℃）に到達しているか否かの判定を行う。未到達の場合はステップＳ２２０に戻り、到達している場合は加熱動作を終了させる。また、被加熱物１０１に関する大きさ、量を検出する手段が設けられている場合には、調理方法などの処理方法に応じて、大きさ、量のそれぞれの範囲に対して予め決められた加熱動作時間を抽出し、その加熱動作時間に到達したか否かにより加熱動作の終了を決定してもよい。
【０１０１】
上記のように、電力検出部２２０ａ、２２０ｂの検出した伝送電力が最小値となる周波数を発生させるようにマイクロ波発振部１１を制御することにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから第１加熱室１００ａ内に供給され、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化して、被加熱物１０１に対する高速加熱処理を実行することができる。
【０１０２】
次に、マイクロ波加熱モードの他のひとつである、加熱条件が被加熱物１０１の均一加熱の場合について説明する。
以下に説明する均一加熱の制御は、前述の実施の形態１において説明した加熱室１００内に生じる複数の共振モードを利用したものである。
図８に示すステップＳ２１６において加熱条件が均一加熱であると判定した場合には、図９のステップＳ２２３に進む。
【０１０３】
ステップＳ２２３において、伝送電力が最小値を示す周波数（たとえば、図７における周波数ｆ１）を発振周波数に設定して、ステップＳ２２４に進む。
ステップＳ２２４では、マイクロ波発生部１０が定格出力である第２の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部２１５ａ、２１５ｂの駆動電圧が設定される。次に、ステップＳ２２４において設定された第２の出力電力で本格加熱動作が開始される（ステップＳ２２５）。本格加熱動作において、ステップＳ２２６に進み、電力検出部２２０ａ、２２０ｂがそれぞれ検出する反射電力が所定値以下、たとえばマイクロ波発生部１０の定格出力の１０％の値以下にあるかどうかを判定する。反射電力が前記所定値を超過していない場合にはステップＳ２２７に進み、超過している場合にはステップＳ２２８に進む。ステップＳ２２８では初段マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部２１５ａ、２１５ｂの駆動電圧を低減制御し、前記所定値以下に調整してステップＳ２２７に進む。
【０１０４】
ステップＳ２２７では、同一周波数において動作させる時間を規定した所定時間に対して現時点での動作時間が所定時間に到達したか否かを判定する。動作時間が所定時間に未到達の場合にはステップＳ２２６に戻り、到達している場合にはステップＳ２２９に進む。
ステップＳ２２９では、電力検出部２２０ａ、２２０ｂが検出した伝送電力が極小値を示す発振周波数群の中で、伝送電力が二番目に小さい周波数（たとえば、図７において周波数ｆ２）に設定してステップＳ２３０に進む。
【０１０５】
なお、図７に示した特性曲線の場合には、極小値を示す周波数が２つであり、それぞれを切換選択することになる。ただし、図７に一例として示した特性曲線においては、伝送電力の比率が１０％以下の周波数が周波数ｆ１の帯域だけであるため、均一加熱するためには出力電力を低減するか、若しくは極小値を示す周波数の切換選択を取り止めたり、動作時間を制限したりする制御を行う必要がある。
【０１０６】
また、極小値を示す周波数が３つ以上ある場合には、伝送電力の低い周波数から順次高い周波数の方へ切換選択する。この切換選択のとき、最大の極小値を示す周波数に到達したときには、一旦、最小の極小値を示す周波数に戻り、再度順次高い周波数の方へ切換選択していってもよく、若しくは最大の極小値を示す周波数の次に逆戻りするように順次低い周波数の方へ切換選択していってもよい。
【０１０７】
ステップＳ２３０〜Ｓ２３２は、前述のステップＳ２２６〜Ｓ２２８と同様の制御動作を実行する。ステップＳ２３２において現在の発振周波数での動作時間が所定時間に到達するとステップＳ２３３に進む。
ステップＳ２３３においては、前述したステップＳ２２１と同様の制御動作を実行し、加熱処理が完了していないと判定されるとステップＳ２２９に戻り、加熱処理が完了したと判定されると加熱動作を終了する。
【０１０８】
上記のように、電力検出部２２０ａ、２２０ｂの検出する伝送電力が極小値となる周波数群の周波数を順次発生させるように、マイクロ波発振部１１を制御することにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから第１加熱室１００ａ内に供給するマイクロ波を形成する。そして、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化するとともに、第１給電部１０５ａ、１０５ｂがマイクロ波を供給する加熱室空間のマイクロ波分布を変化させることにより、被加熱物１０１に対する均一加熱を実行することができる。
【０１０９】
次に、加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合について説明する。焼き加熱は輻射伝導加熱モードである。
図８に示すステップＳ２１４では、被加熱物１０１の加熱条件に基づいて、制御内容が選択される。加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合には、図１０に示すステップＳ２３４に進む。
ステップＳ２３４では伝送電力が最大値を示す周波数（たとえば、図７における周波数ｆ３）にマイクロ波発振部１１の発振周波数を設定し、ステップＳ２３５に進む。
【０１１０】
ステップＳ２３５では、マイクロ波発生部１０を定格出力である第２の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部２１５ａ、２１５ｂの駆動電圧が設定される。次に、ステップＳ２３５において設定された第２の出力電力で本格加熱動作が開始される（ステップＳ２３６）。本格加熱動作において、ステップＳ２３７に進み、電力検出部２２０ａ、２２０ｂがそれぞれ検出する反射電力が所定値（マイクロ波発生部１０の定格出力に対する反射電力の比率が１０％に相当する値）以下にあるかどうかを判定する。反射電力が前記所定値を超過していない場合にはステップＳ２３８に進み、超過している場合にはステップＳ２３９に進む。ステップＳ２３９では初段マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部２１５ａ、２１５ｂの駆動電圧を低減制御して、反射電力が前記所定値以下になるように調整してステップＳ２３８に進む。
【０１１１】
ステップＳ２３８では、被加熱物１０１の加熱進捗を判定する。この加熱進捗は、加熱条件として入力された加熱処理時間に到達したか否かを判定する。加熱処理時間に到達していない場合にはステップＳ２３７に戻り、到達している場合は加熱動作を終了させる。
【０１１２】
上記のように、実施の形態２のマイクロ波加熱装置における焼き加熱においては、電力検出部２２０ａ、２２０ｂの検出する伝送電力が最大値を示す周波数を発生させるようにマイクロ波発振部１１を制御することにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから第１加熱室１００ａ内に供給され、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量を最小化している。このため、第２給電部１０６ａ、１０６ｂから第２加熱室１００ｂ内に供給されるマイクロ波エネルギが最大化され、マイクロ波吸収体層１０４が消費するマイクロ波エネルギ量が最大化して、被加熱物１０１に対する焼き加熱を促進させることができる。
【０１１３】
なお、実施の形態２のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波加熱モードおよび輻射伝導加熱モードはそれぞれ単独で実行させるだけでなく、相互に組み合わせて複合加熱モードとして実行させることも可能である。
【０１１４】
実施の形態２のマイクロ波加熱装置における加熱制御動作について説明したが、以下この加熱制御動作による効果について説明する。
被加熱物１０１に対する加熱開始とともにマイクロ波発振部１１の発振周波数をその可変可能帯域の全域にわたって所定の周波数間隔にて可変させることにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから第１加熱室１００ａ側、および第２給電部１０６ａ、１０６ｂから第２加熱室１００ｂ側をそれぞれ見たときの負荷インピーダンスを変化させることができる。このように負荷インピーダンスを変化させることにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから第１加熱室１００ａ内に供給され、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量と、第１加熱室１００ａから第１給電部１０５ａ、１０５ｂに戻り、サーキュレータ２１９ａ、２１９ｂを介して第２給電部１０６ａ、１０６ｂから第２加熱室１００ｂに供給されて、マイクロ波吸収体層１０４に吸収されるマイクロ波エネルギ量との比率を、発振周波数をパラメータとして任意に選択することができる。この結果、要求される加熱条件に応じて被加熱物１０１を効果的に加熱させることができる。
【０１１５】
第１加熱室１００ａは収納される被加熱物１０１の形状、種類、量によって、同一周波数であっても負荷インピーダンスは変化する。しかし、最適な発振周波数を選択することにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから第１加熱室１００ａ側を見たときの負荷インピーダンスを、第１給電部１０５ａ、１０５ｂからマイクロ波発生部１０側を見たときの電源インピーダンスに近づけて、第１給電部１０５ａ、１０５ｂへの反射電力、或いは第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力を低減することができる。このように、第１給電部１０５ａ、１０５ｂへの反射電力、或いは第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力が最も少ない値となる発振周波数を利用することにより、被加熱物１０１に対するマイクロ波エネルギの受熱量を最大化し、被加熱物１０１を高速に加熱させることができる。
【０１１６】
また、第１給電部１０５ａ、１０５ｂへの反射電力の総和、或いは第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力の総和が周波数特性において極小値を示周波数群において、その周波数群における周波数を順次に切り替えて、第１加熱室１００ａおよび第２加熱室１００ｂに供給することにより、第１加熱室１００ａおよび第２加熱室１００ｂ内に生じるマイクロ波分布を変化させることができる。この結果、被加熱物１０１およびマイクロ波吸収体層１０４の均一加熱を促進させることができる。
【０１１７】
以上のように、実施の形態２のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａにおいて、前述の周波数選択制御により、被加熱物１０１に対する高速加熱、或いは均一加熱を効率高く実行することができる。
【０１１８】
実施の形態２のマイクロ波加熱装置において、第１加熱室１００ａから第１給電部１０５ａ、１０５ｂへの反射電力の総和、或いは第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力の総和が大きい周波数が数多く存在する。実施の形態２のマイクロ波加熱装置は、第２給電部１０６ａ、１０６ｂから第２加熱室１００ｂ内に供給するマイクロ波電力量が大きい周波数を利用して、被加熱物１０１の焼き加熱を実現させている。すなわち、第１給電部１０５ａ、１０５ｂへの反射電力の総和、或いは第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力の総和が最大となる周波数を選択し、その選択した周波数にてマイクロ波発生部１０を動作させている。このようにマイクロ波発生部１０を動作させることにより、被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａにおける被加熱物１０１へのマイクロ波の受熱量は最小になる。そして、第１加熱室１００ａ内で消費されずに第１給電部１０５ａ、１０５ｂへ戻る反射マイクロ波は、サーキュレータ２１９ａ、２１９ｂを介してそれぞれ第２給電部１０６ａ、１０６ｂへ伝送されて、第２加熱室１００ｂ内に供給されている。第２加熱室１００ｂ内に供給されたマイクロ波は、マイクロ波吸収体層１０４に吸収され、このマイクロ波吸収体層１０４が発熱する。マイクロ波吸収体層１０４の発熱は、接合した仕切部１０３に伝熱し、高温になった仕切部１０３が被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａ内に対して熱輻射する。この熱輻射を被加熱物１０１が受熱することにより、マイクロ波吸収体層１０４は熱飽和に至ることなく供給されたマイクロ波をほぼ１００％消費することができる。この結果、実施の形態２のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を高速に焼き加熱することができる。
【０１１９】
以上のように、実施の形態２のマイクロ波加熱装置においては、加熱室１００内に供給されたマイクロ波発生部１０の出力電力を、被加熱物１０１およびマイクロ波吸収体層１０４にてほぼ完全に消費させることができる。これにより、マイクロ波発生部１０の出力は、ほぼ１００％被加熱物１０１の加熱処理において消費されることになる。したがって、本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置によれば、優れた省エネルギ特性を有する加熱装置を提供することができる。
【０１２０】
なお、マイクロ波吸収体層１０４が熱飽和に至りマイクロ波の吸収能力が飽和した場合には、第２加熱室１００ｂから第２給電部１０６ａ、１０６ｂ側への反射電力を生じる。この反射電力はサーキュレータ２１９ａ、２１９ｂを介してマイクロ波発生部１０側に反射することになり、マイクロ波発生部１０の能動素子である半導体素子が熱破壊される危険性が生じる。このような熱破壊を防止するべく、本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置においては、第２給電部１０６ａ、１０６ｂからの反射電力がそれぞれ所定レベル（たとえば、マイクロ波発生部１０の定格出力の１０％に相当する値）を超過すると、対応している各マイクロ波増幅部２１３ａ、２１３ｂ、２１５ａ、２１５ｂの駆動電圧を低減させるように制御している。このように制御することにより、増幅動作に伴う熱損失量を減少させるとともに反射電力を低減して半導体素子の熱破壊を確実に保護している。
【０１２１】
また、本発明に係る実施の形態２のマイクロ波加熱装置において、焼き加熱の制御を第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力が最大となる周波数のみで動作させてもよいし、第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力が最大の周波数を中心周波数として特定の帯域内（たとえば、２０ＭＨｚ）で周波数をスイープさせる制御を行ってもよい。周波数をスイープさせる制御を行うことにより、マイクロ波吸収体層１０４の全域が均一に加熱されるため、底面積の大きい被加熱物１０１に対する焼き加熱を効果的に実行することができる。
前述した焼き加熱のいろいろな制御方法の選択は、被加熱物１０１の形状、種類、量などに応じて予め設定するよう構成してもよい。
【０１２２】
（実施の形態３）
以下、本発明に係る実施の形態３のマイクロ波加熱装置について添付の図１１から図１５を用いて説明する。図１１は実施の形態３のマイクロ波加熱装置の構成を示すブロック図である。図１２は実施の形態３のマイクロ波加熱装置における周波数特性図である。図１３から図１５は実施の形態３のマイクロ波加熱装置における動作を示すフローチャートである。実施の形態３の説明において前述の実施の形態１と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付して、その説明は実施の形態１における説明を適用する。
【０１２３】
図１１において、実施の形態３のマイクロ波加熱装置は２つのマイクロ波発生部１０ａ、１０ｂを有している。第１マイクロ波発生部１０ａは、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発振部３１１、マイクロ波発振部３１１の出力が入力される初段マイクロ波増幅部３１２、および初段マイクロ波増幅部３１２の出力をさらに増幅する主マイクロ波増幅部３１４を有して構成されている。また、第１マイクロ波発生部１０ａは、マイクロ波発振部３１１の出力を初段マイクロ波増幅部３１２に導くマイクロ波伝送路３１３と、主マイクロ波増幅部３１４の出力を出力部３１５に導くマイクロ波伝送路３１６とを有している。初段マイクロ波増幅部３１２および主マイクロ波増幅部３１４は、半導体素子を用いて構成されている。
【０１２４】
同様に、第２マイクロ波発生部１０ｂは、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発振部３２１、マイクロ波発振部３２１の出力が入力される初段マイクロ波増幅部３２２、および初段マイクロ波増幅部３２２の出力をさらに増幅する主マイクロ波増幅部３２４を有して構成されている。また、第２マイクロ波発生部１０ｂは、マイクロ波発振部３２１の出力を初段マイクロ波増幅部３２２に導くマイクロ波伝送路３２３と、主マイクロ波増幅部３２４の出力を出力部３２５に導くマイクロ波伝送路３２６とを有している。初段マイクロ波増幅部３２２および主マイクロ波増幅部３２４は、半導体素子を用いて構成されている。
【０１２５】
第１マイクロ波発生部１０ａおよび第２マイクロ波発生部１０ｂは同様の構成を有しており、低誘電損失材料により構成された誘電体基板上にそれぞれ形成されている。初段マイクロ波増幅部３１２、３２２および主マイクロ波増幅部３１４、３２４は、誘電体基板の片面に形成された導電体パターンの回路で構成されており、各マイクロ波増幅部３１２、３１４、３２２、３２４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が設けられている。
【０１２６】
マイクロ波伝送路３１３、３２３、３１６、３２６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５０Ωの伝送回路が形成されている。
第１マイクロ波発生部１０ａおよび第２マイクロ波発生部１０ｂにおけるそれぞれのマイクロ波発振部３１１、３２１は、２４００ＭＨｚから２５００ＭＨｚの周波数を発生する周波数可変機能をそれぞれ備えている。
【０１２７】
図１１に示すように、実施の形態３のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を収納するとともにマイクロ波発生部１０ａ、１０ｂから出力されたマイクロ波が供給される加熱室１００を備えている。加熱室１００には、被加熱物１０１を出し入れするための扉（図示省略）が加熱室１００を構成する一壁面に設けられている。加熱室１００において、扉を設けた壁面以外の壁面は金属材料の遮蔽版で構成されており、加熱室１００内に供給されたマイクロ波を加熱室内部に閉じ込めるように構成されている。加熱室１００内には、加熱室底壁面１０２と所定の間隔を有して配置されて加熱室内空間を仕切るとともに、被加熱物１０１を載置するための仕切部１０３が設けられている。したがって、加熱室内空間は、仕切部１０３により、仕切部１０３の上側空間において被加熱物１０１を収納する第１加熱室１００ａと、仕切部１０３の下側空間となる第２加熱室１００ｂとに区分けされている。この仕切部１０３は金属材料により構成されているが、仕切部１０３の被加熱物載置面と反対側の面（裏面）、即ち第２加熱室１００ｂに対向する面にはマイクロ波吸収材を含有するマイクロ波吸収体であるマイクロ波吸収体層１０４が密着して設けられている。
【０１２８】
また、加熱室１００には、被加熱物１０１を収納する第１加熱室１００ａ内にマイクロ波を供給する第１給電部１０５、およびマイクロ波吸収体層１０４が一壁面を構成する第２加熱室１００ｂ内にマイクロ波を供給する第２給電部１０６および第３給電部１０７が設けられている。
第２加熱室１００ｂにおいては、供給されたマイクロ波がマイクロ波吸収体層１０４の全域に分散放射されるように第３給電部１０７がマイクロ波吸収体層１０４に対向する加熱室底壁面１０２の略中央部に配置されている。また、第２給電部１０６は第３給電部１０７から放射されるマイクロ波との結合が弱い壁面位置に設けるか、或いは給電アンテナ形状を有している。この第２給電部１０６から放射されるマイクロ波は、第１給電部１０５が第１加熱室１００ａから受け取った反射マイクロ波である。
【０１２９】
仕切部１０３の裏面を覆うマイクロ波吸収体層１０４は、前述の実施の形態１におけるマイクロ波吸収体層１０４と同様に、フェライトと樹脂材とを混合させて構成したマイクロ波吸収材を基材としたものであり、耐熱塗装を施した仕切部１０３の裏面の接合面に接着されている。
なお、仕切部１０３の接合面は凹凸形状となっておりマイクロ波吸収体層１０４の表面積を大きく形成して、第２加熱室１００ｂに供給されたマイクロ波の吸収性能を向上させている。
【０１３０】
図１１に示すように、第１マイクロ波発生部１０ａからの出力は、循環型の非可逆回路を構成するサーキュレータ３１７を介して第１給電部１０５に伝送され、第１加熱室１００ａ内に供給される。第１加熱室１００ａ内において消費されずに第１給電部１０５からサーキュレータ３１７側に戻る反射マイクロ波は、サーキュレータ３１７により第２給電部１０６に伝送される。このように各サーキュレータ３１７は、第１給電部１０５からサーキュレータ３１７側に戻る反射マイクロ波を、第２給電部１０６に伝送させるように構成配置している。
また、サーキュレータ３１７と第２給電部１０６との間の伝送路には、電力検出部３３０ａが配設されている。電力検出部３３０ａは、サーキュレータ３１７から第２給電部１０６側に伝送するマイクロ波、および第２加熱室１００ｂから第２給電部１０６を介してサーキュレータ３１７側に戻る反射マイクロ波のそれぞれの電力量を検出する。
【０１３１】
一方、第２マイクロ波発生部１０ｂの出力は、第３給電部１０７に伝送されている。第２マイクロ波発生部１０ｂの出力部３２５と第３給電部１０７との間の伝送路には、電力検出部３３０ｂが配設されている。電力検出部３３０ｂは、出力部３２５から第３給電部１０７側に伝送するマイクロ波、および第２加熱室１００ｂから第３給電部１０７を介して出力部３２５側に戻る反射マイクロ波のそれぞれの電力量を検出する。
【０１３２】
実施の形態３のマイクロ波加熱装置においては、第１マイクロ波発生部１０ａおよび第２マイクロ波発生部１０ｂのそれぞれの動作を制御する制御部３３１が設けられている。制御部３３１は、電力検出部３３０ａ、３３０ｂが検出した信号を受け取り、各種処理を行った後、マイクロ波発振部３１１、３２１のそれぞれの発振周波数の可変制御を行っている。
【０１３３】
電力検出部３３０ａ、３３０ｂは、結合度が約４０ｄＢの方向性結合器で構成されており、伝送および反射のマイクロ波電力の約１／１００００の電力量を検出する。各電力検出部３３０ａ、３３０ｂにおいて、検出された電力量を示す電力信号は、それぞれ検波ダイオード（図示省略）で整流化され、コンデンサ（図示省略）で平滑処理されて、出力される、それぞれの出力信号は制御部３３１に入力される。
【０１３４】
次に、以上のように構成された本発明に係る実施の形態３のマイクロ波加熱装置の動作について図１２から図１５を参照しつつ説明する。
図１２は、実施の形態３のマイクロ波加熱装置における電力検出部３３０ａ、３３０ｂの検出信号の一例を示す特性図である。図１２において、グラフの横軸は周波数［ＭＨｚ］、縦軸は電力検出部３３０ａ、３３０ｂが検出した第２給電部側に伝送する電力（伝送電力）、および第２給電部１０６と第３給電部１０７から戻る電力（反射電力）を各マイクロ波発生部１０ａ、１０ｂの出力電力に対する比率で示している。特性曲線Ｇ３１０は電力検出部３３０ａが検出した伝送電力の比率、特性曲線Ｇ３１１は電力検出部３３０ａが検出した反射電力の比率、および特性曲線Ｇ３１２は電力検出部３３０ｂが検出した反射電力の比率である。
【０１３５】
伝送電力を示す特性曲線Ｇ３１０において、伝送電力が極小値を示す周波数ｆ１、ｆ２を有しており、また伝送電力が最大値を示す周波数ｆ３を有している。反射電力を示す特性曲線Ｇ３１１において、第２給電部１０６からサーキュレータ３１７側に戻る反射電力が周波数帯域によってわずかではあるが存在することを示している。この反射電力は、マイクロ波吸収体層１０４の吸収能力、およびマイクロ波を吸収して発熱することにともなうマイクロ波吸収体層１０４のインピーダンス変化に応じた特性の変化により生じたものである。
【０１３６】
なお、図１２のグラフにおいて、破線で示す直線Ｇ３１３は、第１マイクロ波発生部１０ａを定格最大出力により動作させた時の反射電力の比率が１０％のレベルを示すものである。この反射電力の絶対値レベルを超過すると制御部３３１はマイクロ波発振部３１１の発振周波数を異なる周波数に切替え制御し、および／またはマイクロ波増幅部３１２、３１４の駆動電圧を減じて、マイクロ波発生部１０ａの出力を低減させる制御を実行する。
【０１３７】
特性曲線Ｇ３１２に示すように、反射電力の比率は全般的に低位レベルであるが、その中でも最小値を示す周波数ｆ１１があり、制御部３３１は第２マイクロ波発生部１０ｂが最小値を示す周波数ｆ１１を発生するようにマイクロ波発振部３２１を制御する。なお、マイクロ波吸収体層１０４が設けられている第２加熱室１００ｂは、特性曲線Ｇ３１２の特性が示すような空間が形成されている。
【０１３８】
以下に、本発明に係る実施の形態３のマイクロ波加熱装置の詳細な制御例について図１３から図１５のフローチャートを用いて説明する。
被加熱物１０１を加熱室１００内に収納されて仕切部１０３上に載置され、加熱条件が操作部（図示省略）において設定され、加熱開始キーが押圧されて加熱開始信号が発生する（図１３のステップＳ３１１）。加熱開始信号が入力された制御部３３１においては、制御出力信号を生成して、第１マイクロ波発生部１０ａを第１の出力電力、たとえば１００Ｗ未満の電力、に設定して動作を開始する（ステップＳ３１２）。このとき制御部３３１は、所定の駆動電源電圧を初段マイクロ波増幅部３１２および主マイクロ波増幅部３１４に供給する。また、制御部３３１は、マイクロ波発振部３１１の初期の発振周波数を、たとえば２４００ＭＨｚに設定する制御信号を出力し、マイクロ波発振部３１１の発振動作を開始させる。このように、第１マイクロ波発生部１０ａは、初期段階において、たとえば２４００ＭＨｚで１００Ｗ未満のマイクロ波電力を第１の出力電力として出力する。
【０１３９】
次に、ステップＳ３１３では、マイクロ波発振部３１１の発振周波数を初期の２４００ＭＨｚから１ＭＨｚピッチ（たとえば、１０ミリ秒で１ＭＨｚ）で高い周波数の方へ変化させ、周波数可変範囲の上限である２５００ＭＨｚまで変化させる。この周波数可変動作において、電力検出部３３０ａから得られる伝送電力と反射電力をそれぞれ記憶し、ステップＳ３１４に進む。
【０１４０】
ステップＳ３１４では、被加熱物１０１の加熱条件に基づく制御内容を選択する。加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合は、図１５に示すステップＳ３３４に進む。加熱条件が焼き加熱以外の場合にはステップＳ３１５に進む。焼き加熱以外の場合とは、主にマイクロ波を利用して被加熱物１０１を加熱、或いは解凍加熱などを行う場合である。
【０１４１】
ステップＳ３１５では、電力検出部３３０ａから得た伝送電力の総和が周波数特性曲線において極小値を示す周波数（たとえば、図１２における周波数ｆ１、ｆ２）を抽出処理し、ステップＳ３１６に進む。ステップＳ３１６では、加熱条件が被加熱物１０１を高速加熱または均一加熱のいずれかに対応して以降の制御ルーチンを選択する。加熱条件が高速加熱の場合にはステップＳ３１７に進み、均一加熱の場合には図１４に示すステップＳ３２３に進む。高速加熱および均一加熱はマイクロ波加熱モードである。
【０１４２】
まず、マイクロ波加熱モードのひとつである、加熱条件がマイクロ波を用いた高速加熱の場合について説明する。
加熱条件として高速加熱が選択された場合には、ステップＳ３１７において、伝送電力が最小値を示す周波数（たとえば、図１２における周波数ｆ１）を発振周波数として設定して、ステップＳ３１８に進む。
ステップＳ３１８では、第１マイクロ波発生部１０ａが定格出力である第２の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部３１２および／または主マイクロ波増幅部３１４の駆動電圧を設定する。
【０１４３】
次に、ステップＳ３１８において設定された第２の出力電力で本格加熱動作が開始される（ステップＳ３１９）。本格加熱動作において、ステップＳ３２０に進み、電力検出部３３０ａが検出する反射電力の絶対値が所定値（第１マイクロ波発生部１０ａを定格出力である第２の出力電力で動作させた時における、定格出力に対する反射電力の比率が１０％）以下にあるかどうかを判定する。反射電力の絶対値が前記所定値を超過していない場合にはステップＳ３２１に進み、超過している場合にはステップＳ３２２に進む。ステップＳ３２２では初段マイクロ波増幅部３１２および／または主マイクロ波増幅部３１４の駆動電圧を低減制御して、反射電力の絶対値が前記所定値以下になるように調整してステップＳ３２１に進む。
【０１４４】
ステップＳ３２１では、被加熱物１０１の加熱進捗を判定する。この加熱進捗は、加熱条件として加熱処理時間が設定されている場合には、その加熱処理時間に到達したか否かを判定する。加熱処理時間が到達していない場合にはステップＳ３２０に戻り、到達している場合には加熱を終了させる。
【０１４５】
なお、実施の形態３のマイクロ波加熱装置が被加熱物１０１の物理情報、たとえば被加熱物１０１に関する表面温度、大きさ、量などを検出する手段が設けられている場合には、その物理情報の検出手段の検出信号に基づいて加熱が完了したか否かを判定してもよい。物理情報の検出手段として、たとえば温度検知手段の場合、所望温度（たとえば７５℃）に到達しているか否かの判定を行う。未到達の場合はステップＳ３２０に戻り、到達している場合は加熱動作を終了させる。また、被加熱物１０１に関する大きさ、量を検出する手段が設けられている場合には、調理方法などの処理方法に応じて、大きさ、量のそれぞれの範囲に対して予め決められた加熱動作時間を抽出し、その加熱動作時間に到達したか否かにより加熱動作の終了を決定してもよい。
【０１４６】
上記のように、電力検出部３３０ａが検出した伝送電力が最小値となる周波数を発生させるようにマイクロ波発振部３１１を制御することにより、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ内に供給する、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化して、被加熱物１０１に対する高速加熱処理を実行することができる。
【０１４７】
次に、マイクロ波加熱モードの他のひとつである、加熱条件が被加熱物１０１の均一加熱の場合について説明する。
以下に説明する均一加熱の制御は、前述の実施の形態１において説明した加熱室１００内に生じる複数の共振モードを利用したものである。
図１３に示すステップＳ３１６において加熱条件が均一加熱であると判定した場合には、図１４のステップＳ３２３に進む。
【０１４８】
ステップＳ３２３において、伝送電力が最小値を示す周波数（たとえば、図１２における周波数ｆ１）を発振周波数に設定して、ステップＳ３２４に進む。
ステップＳ３２４では、第１マイクロ波発生部１０ａが定格出力である第２の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部３１２および／または主マイクロ波増幅部３１４の駆動電圧が設定される。次に、ステップＳ３２４において設定された第２の出力電力で本格加熱動作が開始される（ステップＳ３２５）。本格加熱動作において、ステップＳ３２６に進み、電力検出部３３０ａが検出する反射電力の絶対値が所定値以下、たとえば第１マイクロ波発生部１０ａの定格出力である第２の出力で動作させた時における、定格出力に対する反射電力の比率が１０％以下にあるかどうかを判定する。反射電力の絶対値が前記所定値を超過していない場合にはステップＳ３２７に進み、超過している場合にはステップＳ３２８に進む。ステップＳ３２８では初段マイクロ波増幅部３１２および／または主マイクロ波増幅部３１４の駆動電圧を低減制御して、前記所定値以下に調整してステップＳ３２７に進む。
【０１４９】
ステップＳ３２７では、同一周波数において動作させる時間を規定した所定時間に対して現時点での動作時間が所定時間に到達したか否かを判定する。動作時間が所定時間に未到達の場合にはステップＳ３２６に戻り、到達している場合にはステップＳ３２９に進む。
ステップＳ３２９では、電力検出部３３０ａが検出した伝送電力が極小値を示す発振周波数群の中で、伝送電力が二番目に小さい周波数（たとえば、図１２において周波数ｆ２）に設定してステップＳ３３０に進む。
【０１５０】
なお、図１２に示した特性曲線の場合には、極小値を示す周波数が２つであり、それぞれを切換選択することになる。ただし、図１２に一例として示した特性曲線においては、伝送電力の比率が１０％以下の周波数が周波数ｆ１の近辺の帯域だけであるため、均一加熱するためには出力電力を低減するか、若しくは極小値を示す周波数の切換選択を取り止めたり、動作時間を制限したりする制御を行う必要がある。
【０１５１】
また、極小値を示す周波数が３つ以上ある場合には、伝送電力の低い周波数から順次高い周波数の方へ切換選択する。この切換選択のとき、最大の極小値を示す周波数に到達したときには、一旦、最小の極小値を示す周波数に戻り、再度順次高い周波数の方へ切換選択していってもよく、若しくは最大の極小値を示す周波数の次に逆戻りするように順次低い周波数の方へ切換選択していってもよい。
【０１５２】
ステップＳ３３０〜Ｓ３３２は、前述のステップＳ３２６〜Ｓ３２８と同様の制御動作を実行する。ステップＳ３３２において現在の発振周波数での動作時間が所定時間に到達するとステップＳ３３３に進む。
ステップＳ３３３においては、前述したステップＳ３２１と同様の制御動作を実行し、加熱処理が完了していないと判定されるとステップＳ３２９に戻り、加熱動作が完了したと判定されると加熱動作を終了する。
【０１５３】
上記のように、電力検出部３３０ａの検出する伝送電力が極小値となる周波数群の周波数を順次発生させるようにマイクロ波発振部３１１を制御することにより、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ内に供給する、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化するとともに、第１給電部１０５がマイクロ波を供給する加熱室空間のマイクロ波分布を変化させることにより、被加熱物１０１に対する均一加熱を実行することができる。
【０１５４】
次に、加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合について説明する。焼き加熱は輻射伝導加熱モードである。
図１３に示すステップＳ３１４では、被加熱物１０１の加熱条件に基づいて、制御内容が選択される。加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合には、図１５に示すステップＳ３３４に進む。
【０１５５】
ステップＳ３３４において、第２マイクロ波発生部１０ｂのマイクロ波発振部３２１を既定の発振周波数ｆ１１で動作させて、第２マイクロ波発生部１０ｂが定格出力を発生するように、初段マイクロ波増幅部３２２および／または主マイクロ波増幅部３２４の駆動電圧が設定されて、マイクロ波発生部１０ｂの動作が開始される。
ステップＳ３３５では、第１マイクロ波発生部１０ａを電力検出部３３０ａが検出する伝送電力が最大値を示す発振周波数ｆ３とし、第１の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部３１２および／または主マイクロ波増幅部３１４の駆動電圧が設定される。次に、ステップＳ３３４およびステップＳ３３５において設定された出力電力で本格加熱動作が開始される（ステップＳ３３６）。本格加熱動作において、ステップＳ３３７に進み、電力検出部３３０ｂが検出する反射電力が所定値（第２マイクロ波発生部１０ｂの出力に対する反射電力の比率が１０％に相当する値）以下にあるかどうかを判定する。反射電力が前記所定値を超過していない場合にはステップＳ３３８に進み、超過している場合にはステップＳ３３９に進む。ステップＳ３３９では初段マイクロ波増幅部３２２および／または主マイクロ波増幅部３２４の駆動電圧を低減制御して、前記所定値以下になるように調整してステップＳ３３８に進む。
【０１５６】
ステップＳ３３８では、被加熱物１０１の加熱進捗を判定する。この加熱進捗は、加熱条件として入力された加熱処理時間に到達したか否かを判定する。加熱処理時間に到達していない場合にはステップＳ３３７に戻り、到達している場合には加熱を終了させる。
【０１５７】
上記のように、実施の形態３のマイクロ波加熱装置における焼き加熱においては、電力検出部３３０ａの検出する伝送電力が最大値を示す周波数を発生させるようにマイクロ波発振部３１１を制御することにより、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ内に供給し、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量を最小化している。このため、第２給電部１０６から第２加熱室１００ｂ内に供給されるマイクロ波エネルギが最大化され、かつ第３給電部１０７から第２加熱室１００ｂ内にマイクロ波が供給されている。このため、第２給電部１０６から供給されるマイクロ波と第３給電部１０７から供給されるマイクロ波の総和により、マイクロ波吸収体層１０４が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化するとともに、マイクロ波吸収体層１０４の発熱速度を最大化して、被加熱物１０１の焼き加熱を高速に実行させることができる。
【０１５８】
なお、実施の形態３のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波加熱モードおよび輻射伝導加熱モードはそれぞれ単独で実行させるだけでなく、相互に組み合わせて複合加熱モードとして実行させることも可能である。
【０１５９】
実施の形態３のマイクロ波加熱装置における加熱制御動作について説明したが、以下この加熱制御動作による効果について説明する。
被加熱物１０１に対する加熱開始とともにマイクロ波発振部３１１の発振周波数をその可変可能帯域の全域にわたって所定の周波数間隔にて可変させることにより、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ側を見たときの負荷インピーダンスを変化させることができる。このように負荷インピーダンスを変化させることにより、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ内に供給され、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量と、第１給電部１０５側に反射しサーキュレータ３１７を介して第２給電部１０６から第２加熱室１００ｂに供給されて、マイクロ波吸収体層１０４に吸収されるマイクロ波エネルギ量との比率を、発振周波数をパラメータとして任意に選択することができる。この結果、要求される加熱条件に応じて被加熱物１０１を効果的に加熱させることができる。
【０１６０】
第１加熱室１００ａは収納される被加熱物１０１の形状、種類、量によって、同一周波数であっても負荷インピーダンスは変化する。しかし、最適な発振周波数を選択することにより、第１給電部１０５から第１加熱室１００ａ側を見たときの負荷インピーダンスを、マイクロ波発生部１０ａの出力インピーダンスに近づけることで第１給電部１０５への反射電力、或いは第２給電部１０６への伝送電力を低減することができる。このように、第１給電部１０５への反射電力、或いは第２給電部１０６への伝送電力が最も少ない値となる発振周波数を利用することにより、被加熱物１０１に対するマイクロ波エネルギの受熱量を最大化し、被加熱物１０１を高速に加熱させることができる。
【０１６１】
また、第１給電部１０５への反射電力、或いは第２給電部１０６への伝送電力が周波数特性において極小値を示す周波数群において、その周波数群における周波数を順次に切り替えて、第１加熱室１００ａに供給することにより、第１加熱室１００ａ内空間に生じるマイクロ波分布を変化させることができる。この結果、被加熱物１０１およびマイクロ波吸収体層１０４の均一加熱を促進させることができる。
【０１６２】
以上のように、実施の形態３のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａにおいて、前述の周波数選択制御により、被加熱物１０１に対する高速加熱、或いは均一加熱を効率高く実行することができる。
【０１６３】
実施の形態３のマイクロ波加熱装置において、第１加熱室１００ａから第１給電部１０５への反射電力、或いは第２給電部１０６への伝送電力が大きい周波数が数多く存在する。実施の形態３のマイクロ波加熱装置は、第２給電部１０６から第２加熱室１００ｂ内に供給するマイクロ波電力量が大きい周波数を利用して、被加熱物１０１の誘導加熱（内部加熱）と同時に被加熱物１０１の焼き加熱の促進を実現させている。すなわち、焼き加熱においては、第１給電部１０５への反射電力、或いは第２給電部１０６への伝送電力が最大となる周波数を選択し、その選択された周波数にて第１マイクロ波発生部１０ａを動作させている。これにより、被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａにおける被加熱物１０１へのマイクロ波の受熱量は最小になり、第１加熱室１００ａ内で消費されずに第１給電部１０５へ戻る反射マイクロ波エネルギが最大となる。この反射マイクロ波を、サーキュレータ３１７を介して第２給電部１０６へ伝送して、第２給電部１０６から第２加熱室１００ｂ内に供給している。
【０１６４】
また、焼き加熱においては、第２加熱室１００ｂ内に第２マイクロ波発生部１０ｂから最良効率にてマイクロ波が供給されている。したがって、第１マイクロ波発生部１０ａおよび第２マイクロ波発生部１０ｂの両者からのマイクロ波が第２加熱室１００ｂ内に供給されて、マイクロ波吸収体層１０４がそのマイクロ波エネルギを吸収し、マイクロ波吸収体層１０４は高速に発熱する。マイクロ波吸収体層１０４の発熱は、接合した仕切部１０３に伝熱されて、高温になった仕切部１０３が被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａ内に対して熱輻射する。この熱輻射を被加熱物１０１が受熱することにより、マイクロ波吸収体層１０４は熱飽和に至ることなく供給されたマイクロ波をほぼ１００％消費させることができる。この結果、実施の形態３のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を高速に焼き加熱することができる。
【０１６５】
以上のように、実施の形態３のマイクロ波加熱装置においては、加熱室１００内に供給されたマイクロ波発生部１０ａ、１０ｂの出力電力が、被加熱物１０１およびマイクロ波吸収体層１０４にてほぼ完全に消費させることができる。これにより、マイクロ波発生部１０ａ、１０ｂの出力は、ほぼ１００％被加熱物１０１の加熱処理において消費させることができる。したがって、本発明に係る実施の形態３のマイクロ波加熱装置により、優れた省エネルギ性能を有する加熱装置を提供することができる。
【０１６６】
なお、マイクロ波吸収体層１０４が熱飽和に至りマイクロ波の吸収能力が飽和した場合には、第２加熱室１００ｂから第２給電部１０６および第３給電部１０７に反射電力を生じる。この反射電力は第１マイクロ波発生部１０ｂおよび第２マイクロ波発生部１０ａ側にそれぞれ反射することになり、第１マイクロ波発生部１０ｂおよび第２マイクロ波発生部１０ａにおける能動素子である半導体素子が熱破壊の危険性がある。このような熱破壊を防止するべく、本発明に係る実施の形態３のマイクロ波加熱装置においては、第２給電部１０６および第３給電部１０７からの反射電力がそれぞれ所定レベル（たとえば、各マイクロ波発生部１０ａ、１０ｂの定格出力の１０％に相当する値）を超過すると、対応している各マイクロ波増幅部３１２、３２２、３１４、３２４の駆動電圧を低減させるように制御している。このように制御することにより、増幅動作に伴う熱損失量を減少させるとともに反射電力を低減して半導体素子の熱破壊を確実に保護することができる。
【０１６７】
また、本発明に係る実施の形態３のマイクロ波加熱装置において、焼き加熱の制御を第２給電部１０６への伝送電力が最大となる周波数のみで動作させてもよいし、第２給電部１０６への伝送電力が最大となる周波数を中心周波数として特定の帯域内（たとえば、１０ＭＨｚ）で周波数をスイープさせる制御を行ってもよい。周波数をスイープさせる制御を行うことにより、マイクロ波吸収体層１０４は全体が均一に加熱されるため、底面積の大きい被加熱物１０１の焼き加熱を効果的に実行することができる。
【０１６８】
また、焼き加熱においても、第１マイクロ波発生部１０ａの出力を第２の出力電力である定格出力としてもよい。定格出力と周波数スイープによりマイクロ波吸収体は全体が均一に加熱されるため、底面積の大きい被加熱物の焼き加熱をさらに効果的に実行することが可能となる。前述した焼き加熱のいろいろな制御方法の選択は、被加熱物１０１の形状、種類、量などに応じて予め設定するように構成してもよい。
【０１６９】
（実施の形態４）
以下、本発明に係る実施の形態４のマイクロ波加熱装置について添付の図１６から図２０を用いて説明する。図１６は実施の形態４のマイクロ波加熱装置の構成を示すブロック図である。図１７は実施の形態４のマイクロ波加熱装置における周波数特性図である。図１８から図２０は実施の形態４のマイクロ波加熱装置における動作を示すフローチャートである。実施の形態４の説明において前述の実施の形態１と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付して、その説明は実施の形態１における説明を適用する。
【０１７０】
図１６において、実施の形態４のマイクロ波加熱装置におけるマイクロ波発生部１０は、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発振部１１、マイクロ波発振部１１の出力を２分配して出力する電力分配器４１２、電力分配器４１２において分配された出力が入力される初段マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂ、および初段マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂのそれぞれの出力をさらに増幅する主マイクロ波増幅部４１５ａ、４１５ｂ、を有して構成されている。実施の形態４のマイクロ波加熱装置においては、電力分配器４１２において分配された出力のうち、一方の出力が位相可変器４１８に入力されて位相を調整できるよう構成されており、位相可変器４１８からマイクロ波伝送路４１４ａを介して初段マイクロ波増幅部４１３ａに入力されている。電力分配器４１２において分配された出力のうち、他方の出力は、マイクロ波伝送路４１４ｂを介して初段マイクロ波増幅部４１３ｂに直接入力されている。主マイクロ波増幅部４１５ａ、４１５ｂの出力は、マイクロ波伝送路４１７ａ、４１７ｂを介して各出力部４１６ａ、４１６ｂにそれぞれ導かれている。初段マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂおよび主マイクロ波増幅部４１５ａ、４１５ｂは、それぞれ半導体素子を用いて構成されている。
【０１７１】
上記のように、実施の形態４のマイクロ波加熱装置は、電力分配器４１２と一方の初段マイクロ波増幅部４１３ａとの間に位相可変器４１８が設けられている。位相可変器４１８は、印加電圧に応じて容量値が変化する可変容量ダイオードを用いて構成されており、印加電圧を大きくすることにより位相遅延量が大きくなる構成である。この位相可変器４１８による位相遅延量の可変範囲は、０度から１８０度である。
【０１７２】
マイクロ波発生部１０は低誘電損失材料により構成された誘電体基板上に形成されている。初段マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂおよび主マイクロ波増幅部４１５ａ、４１５ｂは、誘電体基板の片面に形成された導電体パターンの回路で構成されており、各マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂ、４１５ａ、４１５ｂ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が設けられている。
【０１７３】
マイクロ波伝送路４１４ａ、４１４ｂ、４１７ａ、４１７ｂ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５０Ωの伝送回路が形成されている。
マイクロ波発生部１０のマイクロ波発振部１１は、２４００ＭＨｚから２５００ＭＨｚの周波数を発生する周波数可変機能を備えている。
【０１７４】
図１６に示すように、実施の形態４のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を収納するとともにマイクロ波発生部１０から出力されたマイクロ波が供給される加熱室１００を備えている。加熱室１００には、被加熱物１０１を出し入れするための扉（図示省略）が加熱室１００を構成する一壁面に設けられている。加熱室１００において、扉を設けた壁面以外の壁面は、金属材料の遮蔽版で構成されており、加熱室１００内に供給されたマイクロ波を加熱室内部に閉じ込めるように構成されている。加熱室１００内には、加熱室底壁面１０２と所定の間隔を有して配置されて加熱室内空間を仕切るとともに、被加熱物１０１を載置するための仕切部１０３が設けられている。したがって、加熱室内空間は、仕切部１０３により、仕切部１０３の上側空間において被加熱物１０１を収納する第１加熱室１００ａと、仕切部１０３の下側空間となる第２加熱室１００ｂとに区分けされている。この仕切部１０３は金属材料により構成されているが、仕切部１０３の被加熱物載置面と反対側の面（裏面）、即ち第２加熱室１００ｂに対向する面にはマイクロ波吸収材を含有するマイクロ波吸収体であるマイクロ波吸収体層１０４が密着して設けられている。
【０１７５】
また、加熱室１００には、被加熱物１０１を収納する第１加熱室１００ａ内にマイクロ波を供給する２つの第１給電部１０５ａ、１０５ｂおよびマイクロ波吸収体層１０４が一壁面を構成する第２加熱室１００ｂ内にマイクロ波を供給する２つの第２給電部１０６ａ、１０６ｂが設けられている。２つの第１給電部１０５ａ、１０５ｂは、第１加熱室１００ａにおいて左側壁面と右側壁面に対向して配置されている。また、２つの第２給電部１０６ａ、１０６ｂは、第２加熱室１００ｂにおいて左側壁面と右側壁面に対向して配置されている。
【０１７６】
仕切部１０３の裏面を覆うマイクロ波吸収体層１０４は、前述の実施の形態１におけるマイクロ波吸収体層１０４と同様に、フェライトと樹脂材とを混合させて構成したマイクロ波吸収材を基材としたものであり、耐熱塗装を施した仕切部１０３の裏面の接合面に接着されている。
【０１７７】
なお、仕切部１０３の接合面は凹凸形状となっておりマイクロ波吸収体層１０４の表面積を大きく形成して、第２加熱室１００ｂに供給されたマイクロ波の吸収性能を向上させている。
【０１７８】
図１６に示すように、マイクロ波発生部１０からの出力は、循環型の非可逆回路を構成する各サーキュレータ４１９ａ、４１９ｂを介してそれぞれの第１給電部１０５ａ、１０５ｂに伝送され、第１加熱室１００ａ内に供給される。第１加熱室１００ａから各第１給電部１０５ａ、１０５ｂを介してそれぞれのサーキュレータ４１９ａ、４１９ｂ側に戻る反射マイクロ波は、各サーキュレータ４１９ａ、４１９ｂによりそれぞれの第２給電部１０６ａ、１０６ｂに伝送される。このように各サーキュレータ４１９ａ、４１９ｂは、各第１給電部１０５ａ、１０５ｂからサーキュレータ４１９ａ、４１９ｂ側に戻る反射マイクロ波を、各第２給電部１０６ａ、１０６ｂに伝送させるように構成されている。
【０１７９】
また、サーキュレータ４１９ａ、４１９ｂと第２給電部１０６ａ、１０６ｂとの間の各伝送路には、それぞれ電力検出部４２０ａ、４２０ｂが配設されている。電力検出部４２０ａ、４２０ｂは、サーキュレータ４１９ａ、４１９ｂから第２給電部１０６ａ、１０６ｂ側にそれぞれ伝送するマイクロ波、および第２加熱室１００ｂから第２給電部１０６ａ、１０６ｂを介してサーキュレータ４１９ａ、４１９ｂ側に戻る反射マイクロ波のそれぞれの電力量を検出する。
【０１８０】
実施の形態４のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波発生部１０の動作を制御する制御部４２１が設けられている。制御部４２１は、電力検出部４２０ａ、４２０ｂが検出した各信号を受け取り、各種処理を行った後、マイクロ波発振部１１の発振周波数の可変制御を行っている。
【０１８１】
電力検出部４２０ａ、４２０ｂは、結合度が約４０ｄＢの方向性結合器で構成されており、伝送および反射のマイクロ波電力の約１／１００００の電力量を検出する。各電力検出部４２０ａ、４２０ｂにおいて、検出された電力量を示す電力信号は、それぞれ検波ダイオード（図示省略）で整流化され、コンデンサ（図示省略）で平滑処理されて、出力される。それぞれの出力信号は制御部４２１に入力される。
【０１８２】
次に、以上のように構成された本発明に係る実施の形態４のマイクロ波加熱装置の動作について図１７から図２０を参照しつつ説明する。
図１７は、実施の形態４のマイクロ波加熱装置における電力検出部４２０ａ、４２０ｂの検出信号の一例を示す特性図である。図１７において、グラフの横軸は周波数［ＭＨｚ］、縦軸は電力検出部４２０ａ、４２０ｂが検出した第２給電部側に伝送する電力（伝送電力）の総和、および第２給電部１０６ａ、１０６ｂからサーキュレータ４１９ａ、４１９ｂ側に戻る電力（反射電力）の総和をマイクロ波発生部１０の出力の総和に対する比率［％］で示している。特性曲線Ｇ４１０は伝送電力の比率、特性曲線Ｇ４１１は反射電力の比率である。
【０１８３】
伝送電力を示す特性曲線Ｇ４１０において、伝送電力値が極小値を示す周波数ｆ１、ｆ２を有しており、また伝送電力が最大値を示す周波数ｆ３を有している。反射電力を示す特性曲線Ｇ４１１において、周波数帯域の全般にわたって低位レベルであるが、この周波数帯域における高い周波数領域で第２加熱室１００ｂから第２給電部側に反射する電力が若干増加する特性を示している。この反射電力は、マイクロ波吸収体層１０４の吸収能力、およびマイクロ波を吸収して発熱することにともなうマイクロ波吸収体層１０４のインピーダンス変化に応じた特性の変化により生じたものである。
【０１８４】
なお、図１７のグラフにおいて、破線で示す直線Ｇ４１２は、マイクロ波発生部１０を定格出力で動作させた時の反射電力の比率が１０％のところを示すものである。この１０％のレベル、すなわち定格出力の１０％に対応する反射電力の絶対値を基準値として、この基準値を超過すると制御部４２１はマイクロ波発振部１１の発振周波数を異なる周波数に切替え制御し、および／またはマイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂ、４１５ａ、４１５ｂの駆動電圧を減じてマイクロ波発生部１０の出力を低減させる制御を実行する。
【０１８５】
以下に、本発明に係る実施の形態４のマイクロ波加熱装置の詳細な制御例について図１８から図２０のフローチャートを用いて説明する。
被加熱物１０１を加熱室１００内に収納されて仕切部１０３上に載置され、加熱条件を操作部（図示省略）において設定されて、加熱開始キーを押圧されて加熱開始信号が発生する（図１８のステップＳ４１１）。加熱開始信号が入力された制御部４２１においては、制御出力信号を生成して、マイクロ波発生部１０を第１の出力電力、たとえば１００Ｗ未満、に設定して動作を開始する（ステップＳ４１２）。このとき制御部４２１は、所定の駆動電源電圧を初段マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂおよび主マイクロ波増幅部４１５ａ、４１５ｂに供給する。また、制御部４２１は、マイクロ波発振部１１の初期の発振周波数は、たとえば２４００ＭＨｚに設定する制御信号を出力し、マイクロ波発振部１１の発振動作を開始させる。このように、マイクロ波発生部１０は、初期段階において、たとえば２４００ＭＨｚで１００Ｗ未満のマイクロ波電力を第１の出力電力として出力する。
【０１８６】
次に、ステップＳ４１３では、マイクロ波発振部１１の発振周波数を初期の２４００ＭＨｚから１ＭＨｚピッチ（たとえば、１０ミリ秒で１ＭＨｚ）で高い周波数の方へ変化させ、周波数可変範囲の上限である２５００ＭＨｚまで変化させる。この周波数可変動作において、電力検出部４２０ａ、４２０ｂから得られる伝送電力と反射電力をそれぞれ記憶し、ステップＳ４１４に進む。
ステップＳ４１４では、被加熱物１０１の加熱条件に基づいて、制御内容を選択する。加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合は、図２０に示すステップＳ４３０に進む。加熱条件が焼き加熱以外にはステップＳ４１５に進む。焼き加熱以外の場合とは、主にマイクロ波を利用して被加熱物１０１を加熱、或いは解凍加熱などを行う場合である。
【０１８７】
ステップＳ４１５では、電力検出部４２０ａ、４２０ｂから得た伝送電力の総和が周波数特性曲線において極小値を示す周波数（たとえば、図１７における周波数ｆ１、ｆ２）を抽出処理し、ステップＳ４１６に進む。ステップＳ４１６では、加熱条件が被加熱物１０１を高速加熱または均一加熱のいずれかに対応して以降の制御ルーチンを選択する。加熱条件が高速加熱の場合にはステップＳ４１７に進み、均一加熱の場合には図１９のステップＳ４２３に進む。高速加熱および均一加熱はマイクロ波加熱モードである。
【０１８８】
まず、マイクロ波加熱モードのひとつである、加熱条件がマイクロ波を用いた高速加熱の場合について説明する。
加熱条件として高速加熱が選択された場合には、ステップＳ４１７において、伝送電力が最小値を示す周波数（たとえば、図１７における周波数ｆ１）を発振周波数として設定して、ステップＳ４１８に進む。
ステップＳ４１８では、マイクロ波発生部１０が定格出力である第２の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部４１５ａ、４１５ｂの駆動電圧を設定する。
【０１８９】
次に、ステップＳ４１８において設定された第２の出力電力で本格加熱動作が開始される（ステップＳ４１９）。本格加熱動作において、ステップＳ４２０に進み、電力検出部４２０ａ、４２０ｂがそれぞれ検出する反射電力が所定値（マイクロ波発生部１０の定格出力の１０％に相当する値）以下にあるかどうかを判定する。反射電力が前記所定値を超過していない場合にはステップＳ４２１に進み、超過している場合にはステップＳ４２２に進む。ステップＳ４２２では初段マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部４１５ａ、４１５ｂの駆動電圧を低減制御して、反射電力が前記所定値以下になるように調整してステップＳ４２１に進む。
【０１９０】
ステップＳ４２１では、被加熱物１０１の加熱進捗を判定する。この加熱進捗は、加熱条件として加熱処理時間が設定されている場合には、その加熱処理時間に到達したか否かを判定する。加熱処理時間に到達していない場合にはステップＳ４２０に戻り、到達している場合は加熱動作を終了させる。
【０１９１】
なお、実施の形態４のマイクロ波加熱装置が被加熱物１０１の物理情報、たとえば被加熱物１０１に関する表面温度、大きさ、量などを検出する手段が設けられている場合には、その物理情報の検出手段の検出信号に基づいて加熱が完了したか否かを判定してもよい。物理情報の検出手段として、たとえば温度検知手段の場合、所望温度（たとえば７５℃）に到達しているか否かの判定を行う。未到達の場合はステップＳ４２０に戻り、到達している場合は加熱動作を終了させる。また、被加熱物１０１に関する大きさ、量を検出する手段が設けられている場合には、調理方法などの処理方法に応じて、大きさ、量のそれぞれの範囲に対して予め決められた加熱動作時間を抽出し、その加熱動作時間に到達したか否かにより加熱動作の終了を決定してもよい。
【０１９２】
上記のように、電力検出部４２０ａ、４２０ｂの検出した伝送電力が最小値となる周波数を発生させるようにマイクロ波発振部１１を制御することにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから第１加熱室１００ａ内に供給され、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化して、被加熱物１０１に対する高速加熱処理を実行することができる。
【０１９３】
次に、マイクロ波加熱モードの他のひとつである、加熱条件が被加熱物１０１の均一加熱の場合について説明する。
以下に説明する均一加熱の制御は、前述の実施の形態１において説明した加熱室１００内に生じる複数の共振モードを利用したものである。
図１８に示すステップＳ４１６において加熱条件が均一加熱であると判定した場合には、図１９のステップＳ４２３に進む。
ステップＳ４２３において、伝送電力が最小値を示す周波数（たとえば、図１７における周波数ｆ１）を発振周波数に設定して、ステップＳ４２４に進む。
【０１９４】
ステップＳ４２４では、マイクロ波発生部１０が定格出力である第２の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部４１５ａ、４１５ｂの駆動電圧が設定される。次に、ステップＳ４２５に進む。
ステップ４２５では、位相可変器４１８に印加する電圧を制御して位相遅延量を変化させる。この位相遅延量の変化分は、たとえば４５度、９０度、１８０度などの値から予め設定されており、ステップＳ４２５を通る毎に位相遅延量を増分していく。そして、この制御ルーチンにおいては、最大遅延量に到達すると遅延量を減少させ、最小遅延量に達すると再び増分させる制御を行っている。
【０１９５】
次のステップＳ４２６では、電力検出部４２０ａ、４２０ｂがそれぞれ検出する反射電力が所定値以下、たとえばマイクロ波発生部１０の定格出力の１０％に相当する値以下にあるかどうかを判定する。反射電力が前記所定値を超過していない場合はステップＳ４２７に進み、超過している場合にはステップＳ４２８に進む。ステップＳ４２８では初段マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部４１５ａ、４１５ｂの駆動電圧を低減制御して、前記所定値以下に調整してステップＳ４２７に進む。
【０１９６】
ステップＳ４２７では、同一位相遅延量で動作させる時間を規定した所定時間に対して現時点での動作時間が所定時間に到達したか否かを判定する。動作時間が所定時間に未到達の場合にはステップＳ４２６に戻り、到達している場合にはステップＳ４２９に進む。
ステップＳ４２９では、前述したステップＳ４２２と同様の制御を実行し、加熱処理が完了していない場合には、ステップＳ４２５に戻り、加熱処理が完了したと判定した場合には加熱動作を終了する。ステップＳ４２５に戻った場合、位相遅延量は増分或いは減少されて、ステップＳ４２６に進む。
【０１９７】
上記のように、被加熱物１０１の加熱動作において同一周波数の下で複数の給電部１０５ａ、１０５ｂ、１０６ａ、１０６ｂから加熱室内に放射するマイクロ波の位相差を時間的に変化させることにより、加熱室内空間のマイクロ波分布が変化し、被加熱物１０１およびマイクロ波吸収体層１０４の均一加熱、或いは局所集中加熱を実行することができる。
【０１９８】
次に、加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合について説明する。焼き加熱は輻射伝導加熱モードである。
図１８に示すステップＳ４１４では、被加熱物１０１の加熱条件に基づいて、制御内容が選択される。加熱条件が被加熱物１０１の焼き加熱の場合には、図２０に示すステップＳ４３０に進む。
ステップＳ４３０では伝送電力が最大値を示す周波数（たとえば、図１７における周波数ｆ３）にマイクロ波発振部１１の発振周波数を設定し、ステップＳ４３１に進む。
【０１９９】
ステップＳ４３１では、マイクロ波発生部１０を定格出力である第２の出力電力を発生するように、初段マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部４１５ａ、４１５ｂの駆動電圧が設定される。次に、ステップＳ４３２に進み、前述したステップＳ４２５と同様の制御が実行され、ステップ４３３に進む。
ステップＳ４３３では、前述したステップＳ４２６と同様の制御が実行され、反射電力が前記所定値以下にあるかどうかを判定する。反射電力が前記所定値を超過していない場合にはステップＳ４３４に進み、超過している場合にはステップＳ４３５に進む。ステップＳ４３５では初段マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂおよび／または主マイクロ波増幅部４１５ａ、４１５ｂの駆動電圧を低減制御して、前記所定値以下に調整してステップＳ４３４に進む。
【０２００】
ステップＳ４３４では、同一位相遅延量で動作させる時間を規定した所定時間に対して現時点での動作時間が前記所定時間に到達したか否かを判定する。現時点での動作時間が前記所定時間に到達していない場合にはステップＳ４３３に戻り、到達している場合にはステップＳ４３６に進む。
ステップＳ４３６では、被加熱物１０１の加熱進捗を判定する。この加熱進捗は、加熱条件として入力された加熱処理時間に到達したか否かを判定し、加熱処理時間が到達していない場合にはステップＳ４３２に戻り、到達している場合は加熱動作を終了させる。ステップＳ４３２に戻った場合には、位相遅延量を所定の値だけ増分あるいは減少させて、ステップＳ４３３に進む。
【０２０１】
上記のように、実施の形態４のマイクロ波加熱装置における焼き加熱においては、電力検出部４２０ａ、４２０ｂの検出する伝送電力が最大値を示す周波数を発生させるようにマイクロ波発振部１１を制御することにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから第１加熱室１００ａ内に供給され、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量を最小化するとともに、第２給電部１０６ａ、１０６ｂから第２加熱室１００ｂ内に供給されマイクロ波吸収体層１０４が消費するマイクロ波エネルギ量を最大化して、被加熱物１０１に対する焼き加熱を促進させることができる。
【０２０２】
また、焼き加熱の制御において位相可変器４１８を制御することにより、マイクロ波吸収体層１０４の全域の均一加熱を促進できる。したがって、被加熱物１０１が多数分散配置されている場合や被加熱物１０１の底面積が大きいものの焼き加熱に対して、実施の形態４のマイクロ波加熱装置の加熱室は広範囲な伝熱作用を有しているため、焼き加熱を効果的に実行することができる。
なお、実施の形態４のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波加熱モードおよび輻射伝導加熱モードはそれぞれ単独で実行させるだけでなく、相互に組み合わせて複合加熱モードとして実行させることも可能である。
【０２０３】
実施の形態４のマイクロ波加熱装置における加熱制御動作について説明したが、以下この加熱制御動作による効果について説明する。
被加熱物１０１に対する加熱開始とともにマイクロ波発振部１１の発振周波数をその可変可能帯域の全域にわたって所定の周波数間隔にて可変させることにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから第１加熱室１００ａ側をそれぞれ見たときの負荷インピーダンスを変化させることができる。このように負荷インピーダンスを変化させることにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから第１加熱室１００ａ内に供給され、被加熱物１０１が消費するマイクロ波エネルギ量と、第１加熱室１００ａから第１給電部１０５ａ、１０５ｂに戻り、サーキュレータ４１９ａ、４１９ｂを介して第２給電部１０６ａ、１０６ｂから第２加熱室１００ｂに供給されて、マイクロ波吸収体層１０４で吸収される反射マイクロ波エネルギ量との比率を、発振周波数をパラメータとして任意に選択することができる。この結果、要求される加熱条件に応じて被加熱物１０１を効果的に加熱させることができる。
【０２０４】
第１加熱室１００ａは収納される被加熱物１０１の形状、種類、量によって、同一周波数であっても負荷インピーダンスは変化する。しかし、最適な発振周波数を選択することにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから第１加熱室１００ａ側を見たときの負荷インピーダンスを、マイクロ波発生部１０の出力インピーダンスに近づけることにより、第１給電部１０５ａ、１０５ｂへの反射電力、或いは第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力を低減することができる。このように、第１給電部１０５ａ、１０５ｂへの反射電力、或いは第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力が最も少ない値となる発振周波数を利用することにより、被加熱物１０１に対するマイクロ波エネルギの受熱量を最大化し、被加熱物１０１を高速に加熱させることができる。
【０２０５】
また、第１給電部１０５ａ、１０５ｂへの反射電力の総和、或いは第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力の総和が周波数特性において最小値を示す周波数において、第１給電部１０５ａ、１０５ｂから放射されるマイクロ波の位相差を時間的に変化させることにより、第１加熱室１００ａ内はもとより第２加熱室１００ｂ内に生じるマイクロ波分布を変化させることができる。この結果、被加熱物１０１およびマイクロ波吸収体層１０４の均一加熱を促進させることができる。
【０２０６】
以上のように、実施の形態４のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａにおいて、前述の周波数選択制御と位相可変制御により、被加熱物１０１を高速加熱、或いは均一加熱を効率高く実行することができる。
【０２０７】
実施の形態４のマイクロ波加熱装置において、第１加熱室１００ａから第１給電部１０５ａ、１０５ｂへの反射電力の総和、或いは第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力の総和が大きい周波数が数多く存在する。実施の形態４のマイクロ波加熱装置は、第２給電部１０６ａ、１０６ｂから第２加熱室１００ｂ内に供給するマイクロ波電力量が大きい周波数を利用して、被加熱物１０１の焼き加熱を実現させている。すなわち、第１給電部１０５ａ、１０５ｂへの反射電力の総和、或いは第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力の総和が最大となる周波数を選択し、その選択した周波数にてマイクロ波発生部１０を動作させている。このようにマイクロ波発生部１０を動作させることにより、被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａにおける被加熱物１０１へのマイクロ波の受熱量は最小になる。そして、第１加熱室１００ａ内で消費されずに第１給電部１０５ａ、１０５ｂへ反射するマイクロ波は、サーキュレータ４１９ａ、４１９ｂを介してそれぞれ第２給電部１０６ａ、１０６ｂへ伝送されて、第２加熱室１００ｂ内に供給されている。第２加熱室１００ｂ内に供給されたマイクロ波は、マイクロ波吸収体層１０４に吸収され、このマイクロ波吸収体層１０４が発熱する。マイクロ波吸収体層１０４の発熱は、接合した仕切部１０３に伝熱し、高温になった仕切部１０４が被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａ内に対して熱輻射する。この熱輻射を被加熱物１０１が受熱することにより、マイクロ波吸収体層１０４は熱飽和に至ることなく供給されたマイクロ波をほぼ１００％消費させることができる。この結果、実施の形態４のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１の内部が第１加熱室１００ａ内におけるマイクロ波により内部加熱されるとともに、被加熱物１０１の表面は仕切部１０３からの加熱により焦げ目あるいは焼き目が施されて、被加熱物１０１の焼き加熱をきわめて高速に実行させることができる。
【０２０８】
以上のように、実施の形態４のマイクロ波加熱装置においては、加熱室１００内に供給されたマイクロ波発生部１０の出力電力が、被加熱物１０１およびマイクロ波吸収体層１０４にてほぼ完全に消費させることができる。これにより、マイクロ波発生部１０の出力は、ほぼ１００％被加熱物１０１の加熱処理において消費させることができる。したがって、本発明に係る実施の形態４のマイクロ波加熱装置によれば、優れた省エネルギ特性を有する加熱装置を提供することができる。
【０２０９】
なお、マイクロ波吸収体層１０４が熱飽和に至りマイクロ波の吸収能力が飽和した場合には、第２加熱室１００ｂから第２給電部１０６ａ、１０６ｂ側への反射電力を生じる。この反射電力はサーキュレータ４１９ａ、４１９ｂを介してマイクロ波発生部１０側に反射することになり、マイクロ波発生部１０の能動素子である半導体素子が熱破壊される危険性が生じる。このような熱破壊を防止するべく、本発明に係る実施の形態４のマイクロ波加熱装置においては、第２給電部１０６ａ、１０６ｂからの反射電力がそれぞれ所定レベル（たとえば、マイクロ波発生部１０の定格出力の１０％に相当する値）を超過すると、対応している各マイクロ波増幅部４１３ａ、４１３ｂ、４１５ａ、４１５ｂの駆動電圧を低減させるように制御している。このように制御することにより、増幅動作に伴う熱損失量を減少させるとともに反射電力を低減して半導体素子の熱破壊を確実に保護している。
【０２１０】
また、本発明に係る実施の形態４のマイクロ波加熱装置において、焼き加熱の制御を第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力が最大となる周波数のみで動作させてもよいし、第２給電部１０６ａ、１０６ｂへの伝送電力が最大の周波数を中心周波数として特定の帯域内（たとえば、１０ＭＨｚ）で周波数をスイープさせる制御を行ってもよい。このように周波数をスイープさせる制御を行うことにより、マイクロ波吸収体層１０４の全域が均一に加熱されるため、底面積の大きい被加熱物１０１の焼き加熱を効果的に実行することができる。
前述した焼き加熱のいろいろな制御方法の選択は、被加熱物１０１の形状、種類、量などに応じて予め設定するよう構成してもよい。
【０２１１】
（実施の形態５）
以下、本発明に係る実施の形態５のマイクロ波加熱装置について添付の図２１および図２２を用いて説明する。図２１は実施の形態５のマイクロ波加熱装置の構成を示すブロック図である。図２２は実施の形態５のマイクロ波加熱装置における周波数特性図である。実施の形態５の説明において前述の実施の形態１と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付して、その説明は実施の形態１における説明を適用する。
【０２１２】
図２１において、マイクロ波発生部１０には、半導体素子を用いて構成した２つのマイクロ波発振部５１１、５１２が設けられている。マイクロ波発生部１０において、一方の第１マイクロ波発振部５１１の出力は、マイクロ波伝送路５１４ａを介して初段マイクロ波増幅部５１３ａに入力され、そして初段マイクロ波増幅部５１３ａの出力は主マイクロ波増幅部５１５ａに入力されてさらに増幅される。主マイクロ波増幅部５１５ａの出力は、マイクロ波伝送路５１７ａを介して出力部５１６ａに導かれている。
【０２１３】
同様に、他方の第２マイクロ波発振部５１２の出力は、マイクロ波伝送路５１４ｂを介して初段マイクロ波増幅部５１３ｂに入力され、そして初段マイクロ波増幅部５１３ｂの出力は主マイクロ波増幅部５１５ｂに入力されてさらに増幅される。主マイクロ波増幅部５１５ｂの出力は、マイクロ波伝送路５１７ｂを介して出力部５１６ｂに導かれている。
【０２１４】
マイクロ波発生部１０における、初段マイクロ波増幅部５１３ａ、５１３ｂおよび主マイクロ波増幅部５１５ａ、５１５ｂは、それぞれ半導体素子を用いて構成されている。マイクロ波発生部１０は低誘電損失材料により構成された誘電体基板上に形成されている。
【０２１５】
初段マイクロ波増幅部５１３ａ、５１３ｂおよび主マイクロ波増幅部５１５ａ、５１５ｂは、誘電体基板の片面に設けた導電体パターンの回路で構成されており、各マイクロ波増幅部５１３ａ、５１３ｂ、５１５ａ、５１５ｂ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のそれぞれに整合回路が設けられている。
【０２１６】
マイクロ波伝送路５１４ａ、５１４ｂ、５１７ａ、５１７ｂ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５０Ωの伝送回路が形成されている。
マイクロ波発生部１０のそれぞれのマイクロ波発振部５１１、５１２は、２４００ＭＨｚから２５００ＭＨｚの周波数を発生する周波数可変機能を備える。
【０２１７】
図２１に示すように、実施の形態５のマイクロ波加熱装置は、２つの被加熱物１０１ａ、１０１ｂを別々に収納することができる２つの加熱室１００ａ、１００ｂを有する加熱室１００を持っている。各加熱室１００ａ、１００ｂにはマイクロ波発生部１０の各出力がそれぞれ供給されるよう構成されている。
【０２１８】
加熱室１００は、被加熱物１０１ａ、１０１ｂを出し入れするための扉（図示省略）が加熱室１００を構成する一壁面に設けられている。加熱室１００において、扉を設けた壁面以外の壁面は、金属材料の遮蔽版で構成されており、加熱室１００内に供給されたマイクロ波を加熱室内部に閉じ込めるように構成されている。加熱室１００内には、加熱室底壁面１０２と所定の間隔を有して配置されて加熱室内空間を仕切るとともに、被加熱物１０１ａを載置するための仕切部１０３が設けられている。したがって、加熱室内空間は、仕切部１０３により、仕切部１０３の上側空間において被加熱物１０１ａを収納する第１加熱室１００ａと、仕切部１０３の下側空間において被加熱物１０１ｂを収納する第２加熱室１００ｂとに区分けされている。この仕切部１０３は金属材料により構成されている。
【０２１９】
また、加熱室１００には、被加熱物１０１ａを収納する第１加熱室１００ａ内にマイクロ波を供給する２つの給電部１０５、１０８が設けられており、および被加熱物１０１ｂを収納する第２加熱室１００ｂ内にマイクロ波を供給する２つの給電部１０６、１０７が設けられている。第１加熱室１００ａにおける２つの給電部１０５、１０８は、第１加熱室１００ａの左側壁面と右側壁面に対向して配置されている。また、第２加熱室１００ｂにおける２つの給電部１０６、１０７は、第２加熱室１００ｂの左側壁面と右側壁面に対向して配置されている。
【０２２０】
第１加熱室１００ａにマイクロ波を供給する第１給電部１０５は、マイクロ波発生部１０における第１マイクロ波発振部５１１からのマイクロ波が増幅されて供給されている。また、第２加熱室１００ｂにマイクロ波を供給する第３給電部１０７は、マイクロ波発生部１０における第２マイクロ波発振部５１２からのマイクロ波が増幅されて供給されている。
【０２２１】
図２１に示すように、マイクロ波発生部１０における第１マイクロ波発振部５１１からのマイクロ波は、増幅されて循環型の非可逆回路であるサーキュレータ５１８ａを介して第１給電部１０５に伝送され、第１加熱室１００ａ内に供給される。そして、第１加熱室１００ａ内で消費されずに第１給電部１０５を介してサーキュレータ５１８ａ側に戻る反射マイクロ波は、サーキュレータ５１８ａを介して第２給電部１０６に伝送され、第２加熱室１００ｂに供給される。
【０２２２】
また、マイクロ波発生部１０における第２マイクロ波発振部５１２からのマイクロ波は、増幅されて循環型の非可逆回路であるサーキュレータ５１８ｂを介して第３給電部１０７に伝送され、第２加熱室１００ｂ内に供給される。そして、第２加熱室１００ｂ内で消費されずに第３給電部１０７を介してサーキュレータ５１８ｂ側に戻る反射マイクロ波は、サーキュレータ５１８ｂを介して第４給電部１０８に伝送され、第１加熱室１００ａに供給される。
【０２２３】
第１加熱室１００ａに設けられた第４給電部１０８は、第１給電部１０５から放射されるマイクロ波との結合が弱い壁面位置に配置されている。また、第２加熱室１００ｂに設けられた第２給電部１０６は、第３給電部１０７から放射されるマイクロ波との結合が弱い壁面位置に設けるか、或いは給電アンテナ形状を有している。
【０２２４】
また、サーキュレータ５１８ａと第２給電部１０６との間の伝送路には、電力検出部５１９ａが配設されている。電力検出部５１９ａは、サーキュレータ５１８ａから第２給電部１０６側に伝送するマイクロ波、および第２加熱室１００ｂから第２給電部１０６を介してサーキュレータ５１８ａ側に戻る反射マイクロ波のそれぞれの電力量を検出する。その検出信号は制御部５２０に伝送されている。
【０２２５】
一方のサーキュレータ５１８ｂと第４給電部１０８との間の伝送路には、電力検出部５１９ｂが配設されている。電力検出部５１９ｂは、サーキュレータ５１８ｂから第４給電部１０８側に伝送するマイクロ波、および第１加熱室１００ａから第４給電部１０８を介してサーキュレータ５１８ｂ側に戻る反射マイクロ波のそれぞれの電力量を検出する。検出信号は制御部５２０に伝送されている。
【０２２６】
実施の形態５のマイクロ波加熱装置において、制御部５２０はマイクロ波発生部１０の動作を制御しており、第１マイクロ波発振部５１１、および第２マイクロ波発振部５１２のそれぞれの動作を制御する。制御部５２０は、電力検出部５１９ａ、５１９ｂが検出した信号を受け取り、各種処理を行った後、第１マイクロ波発振部５１１、および第２マイクロ波発振部５１２のそれぞれの発振周波数の可変制御を行っている。
【０２２７】
電力検出部５１９ａ、５１９ｂは、結合度が約４０ｄＢの方向性結合器で構成されており、伝送および反射のマイクロ波電力の約１／１００００の電力量を検出する。各電力検出部５１９ａ、５１９ｂにおいて、検出された電力量を示す電力信号は、それぞれ検波ダイオード（図示省略）で整流化され、コンデンサ（図示省略）で平滑処理されて、出力される。それぞれの出力信号は制御部５２０に入力される。
【０２２８】
図２２は、実施の形態５のマイクロ波加熱装置における電力検出部５１９ａ、５１９ｂの検出信号の一例を示す特性図である。図２２において、グラフの横軸は周波数［ＭＨｚ］、縦軸は電力検出部５１９ａが検出した第２給電部側に伝送する電力（伝送電力）と電力検出部５１９ｂが検出した第４給電部側に伝送する電力（伝送電力）との総和、および第２給電部１０６からサーキュレータ側に戻る電力（反射電力）と第４給電部１０８からサーキュレータ側に戻る電力（反射電力）との総和を、マイクロ波発生部１０の出力の総和に対する比率［％］で示している。特性曲線Ｇ５１０は伝送電力の比率、特性曲線Ｇ５１１は反射電力の比率である。
【０２２９】
伝送電力を示す特性曲線Ｇ５１０においては、伝送電力値が極小値を示す周波数ｆ１、ｆ２を有しており、また伝送電力が最大値を示す周波数ｆ３を有している。反射電力を示す特性曲線Ｇ５１１において、周波数帯域の全般にわたって低位レベルであるが、第２給電部１０６および第４給電部１０８からサーキュレータ側に戻る反射電力が生じる周波数帯域が、高い周波数領域において存在することが示されている。しかし、反射電力を示す特性曲線Ｇ５１１においては、反射電力の比率が１０％以下であり、マイクロ波発生部１０において問題の生じない比率に抑制されている。
【０２３０】
なお、図２２のグラフにおいて、破線で示す直線Ｇ５１２は、マイクロ波発生部１０を定格出力で動作させた時の反射電力の比率が１０％のところを示すものである。この１０％のレベル、すなわち定格出力の１０％に対応する反射電力の絶対値を基準値として、この基準値を超過すると制御部５２０はマイクロ波発振部５１１、５１２の発振周波数を異なる周波数に切替え制御し、および／またはマイクロ波増幅部５１３ａ、５１３ｂ、５１５ａ、５１５ｂの駆動電圧を減じてマイクロ波発生部１０の出力を低減させる制御を実行する。
【０２３１】
以上のように構成された本発明に係る実施の形態５のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１ａ、１０１ｂをそれぞれ収納した第１加熱室１００ａおよび第２加熱室１００ｂにおいて、前述の実施の形態１から実施の形態４において説明したように周波数選択制御を行うことにより、各被加熱物１０１ａ、１０１ｂに対する高速加熱、或いは均一加熱を効率高く実行することができる。
【０２３２】
さらに、実施の形態５のマイクロ波加熱装置においては、第１加熱室１００ａと第２加熱室１００ｂの両方の加熱室において同時に被加熱物１０１ａ、１０１ｂをマイクロ波加熱させることができる。この場合、第１加熱室１００ａに収納された被加熱物１０１ａに対して反射が最小となる周波数を第１マイクロ波発振部５１１が発生するように制御部５２０が制御する。一方、第２加熱室１００ｂに収納された被加熱物１０１ｂに対しても同様に反射が最小となる周波数を第２マイクロ波発振部５１２が発生するように制御部５２０が制御する。
【０２３３】
上記のように、実施の形態５のマイクロ波加熱装置では、第１マイクロ波発振部５１１の発振周波数、および第２マイクロ波発振部５１２の発振周波数のそれぞれが異なる発振状態において、２つの被加熱物１０１ａ、１０１ｂを同時に加熱することができる。このため、実施の形態５のマイクロ波加熱装置は、それぞれの被加熱物１０１ａ、１０１ｂに対してマイクロ波発生部１０が発生するマイクロ波エネルギを効率高く吸収させることができる。
【０２３４】
（実施の形態６）
以下、本発明に係る実施の形態６のマイクロ波加熱装置について添付の図２３を用いて説明する。図２３は実施の形態６のマイクロ波加熱装置の構成を示すブロック図である。
【０２３５】
図２３において、実施の形態６のマイクロ波加熱装置において、マイクロ波発生部１０は、マイクロ波を生成するマイクロ波発振部１１、マイクロ波発振部１１の出力を、マイクロ波伝送路６１３を介して入力され増幅する初段マイクロ波増幅部６１２、初段マイクロ波増幅部６１２の出力をさらに増幅する主マイクロ波増幅部６１４、を具備している。また、マイクロ波発生部１０は、主マイクロ波増幅部６１４の出力を出力部６１５に導くマイクロ波伝送路６１６を備えている。マイクロ波発振部１１、初段マイクロ波増幅部６１２および主マイクロ波増幅部６１４は、半導体素子を用いて構成されている。上記のように、マイクロ波発生部１０においては、マイクロ波発振部１１からのマイクロ波が初段マイクロ波増幅部６１２で増幅され、さらに初段マイクロ波増幅部６１２の出力が主マイクロ波増幅部６１４においてさらに増幅されて出力部６１５から出力されるよう構成されている。
【０２３６】
マイクロ波発生部１０は低誘電損失材料により構成された誘電体基板６１７上に形成されている。初段マイクロ波増幅部６１２および主マイクロ波増幅部６１４は、誘電体基板６１７の片面に形成された導電体パターンの回路で構成されており、各マイクロ波増幅部６１２、６１４の増幅素子である半導体素子を良好に動作させるために、各半導体素子の入力側と出力側にはそれぞれ整合回路が設けられている。
【０２３７】
マイクロ波伝送路６１３、６１６は、誘電体基板６１７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５０Ωの伝送回路が形成されている。
マイクロ波発生部１０のマイクロ波発振部１１は、２４００ＭＨｚから２５００ＭＨｚの周波数を発生する周波数可変機能を備えている。
【０２３８】
図２３に示すように、実施の形態６のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を収納するとともにマイクロ波発生部１０から出力されたマイクロ波が供給される第１加熱室１００ａおよび第２加熱室１００ｂを備えている。
第１加熱室１００ａは、被加熱物１０１を出し入れするための扉（図示省略）が第１加熱室１００ａを構成する一壁面に設けられている。第１加熱室１００ａにおいて、扉を設けた壁面以外の壁面は、金属材料の遮蔽版で構成されており、第１加熱室１００ａ内に供給されたマイクロ波を加熱室内部に閉じ込めるよう構成されている。
【０２３９】
図２３に示すように、第１加熱室１００ａの下壁における外側の壁面には、マイクロ波吸収材を含有するマイクロ波吸収体であるマイクロ波吸収体層１０４ａが配設されている。また、第１加熱室１００ａの上壁における外側の壁面には、マイクロ波吸収材を含有するマイクロ波吸収体層１０４ｂが配設されている。壁面の一部がマイクロ波吸収体層１０４ａ、１０４ｂで形成された第２加熱室１００ｂには第２給電部１０６が配設されている。第２給電部１０６が第２加熱室１００ｂに対してマイクロ波を供給している。マイクロ波吸収体層１０４ａ、１０４ｂは、前述の実施の形態１におけるマイクロ波吸収体層１０４と同様に、フェライトと樹脂材とを混合させて構成したマイクロ波吸収材を基材としたものであり、耐熱塗装を施した第２加熱室１００ｂの壁面に接着されている。
【０２４０】
なお、第２加熱室１００ｂの壁面においてマイクロ波吸収体層１０４ａ、１０４ｂが接着される接合面は、凹凸形状として、マイクロ波吸収体層１０４ａ、１０４ｂの表面積を大きく形成して、第２加熱室１００ｂに供給されたマイクロ波の吸収性能を向上させてもよい。さらに、第１加熱室１００ａの被加熱物１０１を出し入れするための扉が設けられた一壁面を除く、他の全ての壁面にマイクロ波吸収体層を配設して、マイクロ波の吸収性能をさらに向上させる構成でもよい。
【０２４１】
図２３に示すように、マイクロ波発生部１０の出力は、循環型の非可逆回路を構成するサーキュレータ６１８を介して第１給電部１０５に伝送され、第１加熱室１００ａ内に供給される。第１加熱室１００ａから第１給電部１０５を介してサーキュレータ６１８側に戻る反射マイクロ波は、サーキュレータ６１８により第２給電部１０６に伝送される。このようにサーキュレータ６１８は、第１給電部１０５からサーキュレータ６１８側に戻る反射マイクロ波を、第２給電部１０６に伝送させるように構成されている。
【０２４２】
また、サーキュレータ６１８と第２給電部１０６との間の伝送路には、電力検出部６１９が配設されている。電力検出部６１９は、サーキュレータ６１８から第２給電部１０６側に伝送するマイクロ波、および第２加熱室１００ｂから第２給電部１０６を介してサーキュレータ６１８側に戻る反射マイクロ波のそれぞれの電力量を検出する。
【０２４３】
実施の形態６のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波発生部１０の動作を制御する制御部６２０が設けられている。制御部６２０は、電力検出部６１９が検出した信号を受け取り、各種処理を行った後、マイクロ波発振部１１の発振周波数の可変制御を行っている。
電力検出部６１９は、結合度が約４０ｄＢの方向性結合器で構成され、伝送および反射のマイクロ波電力の約１／１００００の電力量を検出する。電力検出部６１９において検出された電力量を示す電力信号は、検波ダイオード（図示省略）で整流化され、コンデンサ（図示省略）で平滑処理されて、出力される。その出力信号は制御部６２０に入力される。
【０２４４】
以上のように構成された本発明に係る実施の形態６のマイクロ波加熱装置は、被加熱物１０１を収納した第１加熱室１００ａにおいて、前述の実施の形態１において説明したように周波数選択制御を行うことにより、被加熱物１０１に対する高速加熱、均一加熱、或いは焼き加熱を効率高く実行することができる。
実施の形態６のマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波発振部１１を選択された周波数で発振させて、第１加熱室１００ａ内の被加熱物１０１に対して効率高くマイクロ波を吸収させて、高速加熱または均一加熱を実行することができる。
【０２４５】
また、実施の形態６のマイクロ波加熱装置は、第１加熱室１００ａ内におけるマイクロ波吸収が最小となる周波数を選択して、その選択した周波数でマイクロ波発振部１１を発振させることにより、マイクロ波発生部１０が出力したマイクロ波のほとんどすべてのエネルギを第２加熱室１００ｂに供給させることができる。第２加熱室１００ｂにおいては、第１加熱室１００ａの上下壁面に密着して配設されたマイクロ波吸収体層１０４ａ、１０４ｂが、第２加熱室１００ｂに供給されたマイクロ波を吸収して発熱し、第１加熱室１００ａ内に対して熱輻射を行い、第１加熱室１００ａをすばやく高温状態にして、被加熱物１０１を輻射加熱することができる。
【０２４６】
なお、実施の形態６のマイクロ波加熱装置において、第２給電部１０６から供給されたマイクロ波が第２加熱室１００ｂにおいて効率高く伝送されて、分散配置されたマイクロ波吸収体層１０４ａ、１０４ｂにおいて確実に吸収される伝送構造とすることにより、第２加熱室１００ｂに供給されたマイクロ波の全てのエネルギをマイクロ波吸収体層１０４ａ、１０４ｂに効率高く消費させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０２４７】
本発明のマイクロ波加熱装置は、加熱室に供給したマイクロ波を加熱室内でほぼ１００％消費させることを可能となり、優れた省エネルギ性能を有しているため、誘電加熱を利用した食品加熱装置、材料加熱装置あるいは半導体製造装置などの各種用途に適用できる。
【手続補正２】
【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】
マイクロ波を発生するマイクロ波発生部、および
前記マイクロ波発生部が発生したマイクロ波がそれぞれ給電される第１加熱室と第２加熱室を備え、
前記第１加熱室および前記第２加熱室の少なくとも一方の加熱室から前記マイクロ波発生部側に戻るマイクロ波を他方の加熱室に伝送するよう構成され、
前記第１加熱室が被加熱物を収納するよう構成され、
前記第１加熱室を形成する壁面の少なくとも一つの壁面における前記第１加熱室の外側面にマイクロ波吸収体が配設され、
前記第２加熱室が前記マイクロ波吸収体を包含し、
前記マイクロ波発生部が発生したマイクロ波を前記第１加熱室と前記第２加熱室のそれぞれに給電する給電部を備えたマイクロ波加熱装置。
【請求項２】
前記第１加熱室からマイクロ波発生部側に戻るマイクロ波を第２加熱室に伝送させる循環型の非可逆回路と、
前記第２加熱室に伝送するマイクロ波電力を検出する電力検出部と、
マイクロ波発生部の動作を制御する制御部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記電力検出部の信号に基づいて前記マイクロ波発生部の発振周波数を制御し、マイクロ波を主に用いて被加熱物を加熱するマイクロ波加熱モードと、マイクロ波吸収体の発生熱を主に用いて被加熱物を加熱する輻射伝導加熱モードと、前記マイクロ波加熱モードと前記輻射伝導加熱モードとを組み合わせて被加熱物を加熱する複合加熱モードと、を実行する請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項３】
前記マイクロ波発生部は、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発振部と、前記マイクロ波発振部が発生するマイクロ波を増幅するマイクロ波増幅部と、を有して構成された請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項４】
前記マイクロ波発生部は、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発振部と、前記マイクロ波発振部の出力を複数に分配する分配部と、前記分配部の出力をそれぞれ増幅するマイクロ波増幅部と、を有して構成され、前記マイクロ波増幅部のそれぞれのマイクロ波出力を少なくとも前記第１加熱室に複数箇所から供給する構成とした請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項５】
前記マイクロ波発生部は、半導体素子を用いて構成したマイクロ波発振部と、前記マイクロ波発振部の出力を複数に分配する分配部と、前記分配部の出力をそれぞれ増幅するマイクロ波増幅部と、前記分配部の少なくとも一つの出力の位相を遅延させる位相可変部と、を有して構成され、前記マイクロ波増幅部のそれぞれのマイクロ波出力を少なくとも前記第１加熱室に複数箇所から供給する構成とした請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項６】
前記マイクロ波発生部は、半導体素子を用いて構成した複数のマイクロ波発振部と、前記マイクロ波発振部のそれぞれの出力を増幅するマイクロ波増幅部と、を有して構成され、マイクロ波増幅部のそれぞれのマイクロ波出力を前記第１加熱室における異なる位置から供給する構成とした請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項７】
前記マイクロ波発生部は、半導体素子を用いて構成した複数のマイクロ波発振部と、前記マイクロ波発振部のそれぞれの出力を増幅するマイクロ波増幅部と、を有して構成され、少なくとも一つのマイクロ波増幅部の出力を前記第２加熱室に供給する構成とした請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項８】
前記マイクロ波発生部は、半導体素子を用いて構成した複数のマイクロ波発振部と、前記マイクロ波発振部のそれぞれの出力を増幅するマイクロ波増幅部と、を有して構成され、少なくとも一つのマイクロ波増幅部の出力を前記第２加熱室に供給する構成とし、
前記第２加熱室に供給するマイクロ波の周波数は、既定の周波数とした請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項９】
前記制御部は、被加熱物の加熱開始とともに前記マイクロ波発生部の周波数をその可変可能帯域の全域にわたって所定の周波数間隔にて可変させるとともに、それぞれの周波数に対する前記電力検出部の検出信号を記憶するよう構成した請求項２に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１０】
前記制御部は、マイクロ波加熱モードを実行する場合、前記電力検出部の検出信号の総和が最小値となる周波数を選択し、その選択した周波数にて前記マイクロ波発生部を動作させるよう構成した請求項２に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１１】
前記制御部は、マイクロ波加熱モードを実行する場合、前記電力検出部の検出信号の総和が極小値となる複数の周波数を選択し、その選択した複数の周波数を順次発生させるように前記マイクロ波発生部を制御するよう構成した請求項２に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１２】
前記制御部は、輻射伝導加熱モードを実行する場合、前記電力検出部の検出信号の総和が最大値となる周波数を選択し、その選択した周波数にて前記マイクロ波発生部を動作させるよう構成した請求項２に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１３】
前記制御部は、輻射伝導加熱モードを実行する場合、前記電力検出部の検出信号の総和が最大値となる周波数を選択し、その選択した周波数を中心として所定の帯域の周波数をスイープさせるように前記マイクロ波発生部を制御するよう構成した請求項２に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１４】
前記制御部が前記第１加熱室に供給されるマイクロ波の位相が略同一の条件下で得られる前記電力検出部の検出信号に基づいて前記マイクロ波発振部の発振周波数を制御するよう構成した請求項５に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１５】
前記制御部は、前記電力検出部の検出信号の総和が最小値または最大値となる周波数を選択し、前記マイクロ波発生部が選択された周波数で動作中に前記位相可変部を制御して、前記第１加熱室に複数箇所から供給するマイクロ波の位相を変化させるよう構成した請求項５に記載のマイクロ波加熱装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2009157110.tif 000041
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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