(57)【要約】      （修正有）【課題】外からは全体を見ることのできない被加熱物であっても、被加熱物の全体の温度を測定し、加熱することができるマイクロ波加熱装置を提供する。【解決手段】内部に被加熱物１００を設置する筐体部１０と、筐体部の周囲に巻かれたコイル１１と、被加熱物にマイクロ波を照射するアンテナ５０と、アンテナより放射されるマイクロ波となる交流信号を発生させる第１の発振器２０と、コイルに入力される交流信号を発生させる第２の発振器３０と、コイルにおけるインダクタンスの変化に基づき被加熱物の温度を算出する制御部７０と、を有する。【選択図】図１
2019036503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に被加熱物を設置する筐体部と、
前記筐体部の周囲に巻かれたコイルと、
前記被加熱物にマイクロ波を照射するアンテナと、
前記アンテナより放射されるマイクロ波となる交流信号を発生させる第１の発振器と、
前記コイルに入力される交流信号を発生させる第２の発振器と、
前記コイルにおけるインダクタンスの変化に基づき前記被加熱物の温度を算出する制御部と、
を有することを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項２】
前記第２の発振器において発生させた交流信号を分岐する分岐部と、
２つの信号を掛け合わせて出力する乗算器と、
ローパスフィルタと、
電圧測定部と、
を有し、
前記乗算器には、前記分岐部において分岐された交流信号のうちの一方が前記コイルを通り入力し、他方が直接入力しており、
前記乗算器は、前記コイルを通り入力されている電気信号と、前記直接入力されている電気信号とを掛け合わせて出力するものであって、
前記乗算器からの出力は、前記ローパスフィルタを介し、前記電圧測定部において測定され、
前記制御部は、前記電圧測定部において測定された電圧値に基づき前記被加熱物の温度を算出することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項３】
内部に被加熱物を設置する筐体部と、
前記筐体部の周囲において、対向して設けられた第１の電極及び第２の電極と、
前記被加熱物にマイクロ波を照射するアンテナと、
前記アンテナより放射されるマイクロ波となる交流信号を発生させる第１の発振器と、
前記第１の電極に供給される交流信号を発生させる第２の発振器と、
前記第１の電極、前記筐体部、前記第２の電極により形成されるキャパシタの静電容量の変化に基づき前記被加熱物の温度を算出する制御部と、
を有することを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項４】
前記第２の発振器において発生させた交流信号を分岐する分岐部と、
２つの信号を掛け合わせて出力する乗算器と、
ローパスフィルタと、
電圧測定部と、
を有し、
前記分岐部は、入力された交流信号を分岐するものであって、一方が前記第１の電極に入力しており、他方が前記乗算器に直接入力しており、
前記乗算器は、前記第１の電極より入力され、前記第２の電極より出力される電気信号と、前記直接入力されている電気信号とを掛け合わせて出力するものであって、
前記乗算器からの出力は、前記ローパスフィルタを介し、前記電圧測定部において測定され、
前記制御部は、前記電圧測定部において測定された電圧値に基づき前記被加熱物の温度を算出することを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項５】
前記筐体部には、温度測定部が設けられており、
前記制御部には、前記温度測定部における温度と、前記電圧測定部おいて測定された電圧値に基づき前記被加熱物の温度を算出することを特徴とする請求項２または４に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項６】
ローパスフィルタのカットオフ周波数は、前記第２の発振器より出力される周波数よりも高く、前記第２の発振器より出力される周波数の２倍の周波数よりも低いことを特徴とする請求項１から５のいずれか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、マイクロ波加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波加熱装置は、加熱対象となる被加熱物をマイクロ波加熱装置の加熱室内に設置し、マイクロ波発生源において発生させたマイクロ波を被加熱物に照射し、吸収させることにより、被加熱物を加熱する装置である（例えば、特許文献１）。このようなマイクロ波加熱装置においては、加熱室内に放射されたマイクロ波は、加熱室の壁面等において反射を繰り返し、被加熱物に照射される。
【０００３】
一般的には、マイクロ波加熱装置には、マイクロ波発生源として真空管の一種であるマグネトロンが用いられているが、マグネトロンに代わり半導体素子を用いることにより、マイクロ波加熱装置を小型軽量化することができ、出力制御性を向上させることができる。このような半導体素子としては、例えば、高周波領域においても高耐圧で大電流を流すことが可能な窒化ガリウム等を用いた半導体素子が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１６１４９号公報
【特許文献２】特開昭５８−２１４８２５号公報
【特許文献３】特開昭６０−２３７４０号公報
【特許文献４】特開昭６１−２４６６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなマイクロ波加熱装置では、被加熱物の温度をモニタしながら、被加熱物を加熱する場合があり、温度を測定するための方法としては、熱電対や放射温度計を用いた方法が考えられる。熱電対は被加熱物の一点の温度を測定することはできるものの、全体の温度を測定することはできない。また、放射温度計は被加熱物に接触することなく全体の温度を測定することは可能であるが、被加熱物が陶器等の入れ物の中に入れられている場合、陶器等の入れ物の入口から見える一部の被加熱物の温度しか測定することができない。
【０００６】
このため、陶器等の光を透過しない入れ物の中に入れられており、外からは全体を見ることのできない被加熱物であっても、被加熱物の全体の温度を測定し、被加熱物を加熱することのできるマイクロ波加熱装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施の形態の一観点によれば、内部に被加熱物を設置する筐体部と、前記筐体部の周囲に巻かれたコイルと、前記被加熱物にマイクロ波を照射するアンテナと、前記アンテナより放射されるマイクロ波となる交流信号を発生させる第１の発振器と、前記コイルに入力される交流信号を発生させる第２の発振器と、前記コイルにおけるインダクタンスの変化に基づき前記被加熱物の温度を算出する制御部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
開示のマイクロ波加熱装置によれば、外からは全体を見ることのできない被加熱物であっても、被加熱物の全体の温度を測定し、加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の構造図
【図２】第１の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の説明図
【図３】ローパスフィルタの特性の説明図
【図４】電流位相差φと検出される電圧値との相関図
【図５】位相差変化量ｄφと温度との関係のテーブルの説明図
【図６】第１の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の加熱方法のフローチャート
【図７】被加熱物を加熱する際の昇温プロファイルの説明図
【図８】第２の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の加熱方法のフローチャート
【図９】第３の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の構造図
【図１０】第３の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１１】
〔第１の実施の形態〕
（マイクロ波加熱装置）
第１の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置について、図１に基づき説明する。本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、筐体部１０、第１の発振器２０、第２の発振器３０、増幅器４０、アンテナ５０、ミキサ６１、ローパスフィルタ（ＬＰＦ：Low-pass filter）６２、電圧測定部６３、信号処理部６４、制御部７０等を有している。制御部７０は、演算処理を行う演算部７１や様々な情報を記憶する記憶部７２等を有している。
【００１２】
筐体部１０は加熱室となるものであり、筐体部１０の内部には、被加熱物１００が入れられており、筐体部１０の外側の周囲には、コイル１１が巻かれている。尚、筐体部１０はガラス、セラミックス、樹脂材料、非磁性の金属材料等により形成されている。ミキサ６１は、掛け算回路やアナログ乗算器と呼ばれるものであり、２つの入力を掛け合わせて出力するものである。増幅器４０は、半導体材料としてＧａＮ等の窒化物半導体を用いた半導体素子により形成されている。
【００１３】
第１の発振器２０は、被加熱物１００を加熱するためのマイクロ波を発生させるための信号源であり、具体的には、周波数が２．４５ＧＨｚの信号を発生させる。本願においては、第１の発振器２０において発生させる電気信号の周波数は、マイクロ波の周波数に対応する３００ＭＨｚ以上、３ＴＨｚ以下である。
【００１４】
第１の発振器２０には増幅器４０が接続されており、増幅器４０には筐体部１０の内部に設置されているアンテナ５０が接続されている。第１の発振器２０において周波数が２．４５ＧＨｚの電気信号を発生させ、この電気信号を増幅器４０において増幅し、アンテナ５０より周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波として筐体部１０内に放射する。被加熱物１００は、アンテナ５０より放射されたマイクロ波を吸収することにより加熱される。この際、アンテナ５０より放射されるマイクロ波のパワーは、１０Ｗ〜１００Ｗ程度であるものとする。
【００１５】
第２の発振器３０は、第１の発振器２０とは異なる周波数であって、例えば、１．０ＧＨｚの電気信号を発生させるための信号源である。尚、第２の発振器３０において発生させる電気信号の周波数は、１．０ＧＨｚ以下であることが好ましい。第２の発振器３０において発生させた１．０ＧＨｚの電気信号は、分岐部６０において２つに分岐され、一方は筐体部１０の周囲に巻かれたコイル１１の一方の端子１１ａに入力しており、他方はミキサ６１に入力している。コイル１１の一方の端子１１ａに入力した１．０ＧＨｚの信号は、コイル１１を通り、他方の端子１１ｂより出力され、ミキサ６１に入力している。
【００１６】
従って、ミキサ６１には、第２の発振器３０において発生した１．０ＧＨｚの信号のコイル１１を通った信号と、コイル１１を通らない信号との双方が入力しており、ミキサ６１では、これらの信号の掛け算がなされ出力される。ミキサ６１の出力はローパスフィルタ６２に入力しており、ローパスフィルタ６２の出力は電圧測定部６３に入力しており、電圧測定部６３の出力は信号処理部６４に入力しており、信号処理部６４の出力は制御部７０に入力している。制御部７０は、信号処理部６４における出力に基づき、第１の発振器２０を制御する。尚、制御部７０では、信号処理部６４における出力に基づき、増幅器４０を制御するものであってもよい。
【００１７】
（被加熱物の温度測定）
本実施の形態においては、図２（ａ）に示されるように、筐体部１０内には被加熱物１００が設置されており、アンテナ５０より被加熱物１００に向けてマイクロ波が照射されると、被加熱物１００が加熱される。ここで、被加熱物１００は、例えば、徳利に入れられている日本酒であるものとする。この場合、被加熱物１００である日本酒は、水分を多く含んでいるため、被加熱物１００が加熱されると、図２（ｂ）に示されるように、被加熱物１００に含まれている水が気化し水蒸気となり、被加熱物１００の周囲の筐体部１０内の空間に拡散する。
【００１８】
ところで、空気の比誘電率は約１であり、水の比誘電率は約４８である。ここで、図２（ａ）に示される加熱される前、即ち、昇温前の状態における筐体部１０内における全体の比誘電率は、仮に水と空気の中間の値の２４．５であるものとする。この後、被加熱物１００が加熱され筐体部１０内の空間に水蒸気が拡散すると、水蒸気の比誘電率は約６０であるため、筐体部１０における全体の比誘電率は徐々に上昇する。ここで、図２（ｂ）に示されるように、被加熱物１００が十分に加熱されて昇温し、筐体部１０内の空間が水蒸気で満たされたとすると、筐体部１０内における全体の比誘電率は、水と水蒸気の中間の値の５４になるものと推察される。尚、上記における数値は、説明の便宜上用いた数値であり、必ずしも正確な数値ではない。
【００１９】
即ち、被加熱物１００を加熱すると、被加熱物１００より水蒸気が発生し、発生した水蒸気が筐体部１０内の空間に拡散することにより、筐体部１０内の全体の比誘電率が変化する。本実施の形態は、このように、筐体部１０内の比誘電率の変化をコイル１１を用いて測定することにより、被加熱物１００の温度を推定するものである。即ち、被加熱物１００が加熱されると被加熱物１００より水蒸気が発生するが、被加熱物１００の温度と、発生する水蒸気の量には相関関係があり、筐体部１０内の空間に水蒸気が拡散すると、筐体部１０内における比誘電率が変化する。従って、予め、筐体部１０内の比誘電率と被加熱物１００の温度との相関関係を調べておけば、筐体部１０内における比誘電率を測定し、測定された比誘電率に基づき、被加熱物１００の温度を推定することができる。尚、本実施の形態においては、筐体部１０内における比誘電率の変化は、筐体部１０に巻かれているコイル１１を用いて測定されたインダクタンスの変化として検出される。
【００２０】
より詳細に、被加熱物１００の温度の測定方法について説明する。この説明では、第２の発振器３０における高周波の信号を数１で表すことができる。
【００２１】
【数１】
2019036503.tif 000003
【００２２】
尚、ｔは時間、Ｖ（ｔ）は時間ｔにおける電圧、Ｖｃは、この高周波信号の最大電圧、ωは角周波数である。
【００２３】
第２の発振器３０より筐体部１０の周囲に巻かれているコイル１１を通った後の信号は、数２に示す式により表される。尚、φはコイル１１のインダクタンスが変化することにより変化した電流位相差である。
【００２４】
【数２】
2019036503.tif 000004
【００２５】
ミキサ６１では、この２つの信号、即ち、数１に示される信号と数２に示される信号とが掛け合わされ数３に示される信号となり、ミキサ６１より出力される。
【００２６】
【数３】
2019036503.tif 000005
【００２７】
数３に示される式の２行目の第１項は２倍波の交流成分であり、第２項は直流成分である。ミキサ６１より出力された信号は、ローパスフィルタ６２において、交流成分が取り除かれ直流成分のみの信号となる。具体的には、図３に示されるように、ローパスフィルタ６２は、第２の発振器３０より出力される１．０ＧＨｚの周波数と、この周波数の２倍波となる２．０ＧＨｚの周波数との間に、カットオフ周波数を有するローパスフィルタである。即ち、ローパスフィルタ６２のカットオフ周波数は、第２の発振器３０より出力される周波数よりも高く、第２の発振器３０より出力される周波数の２倍の周波数よりも低い。これにより、ローパスフィルタ６２により、数３に示される式の２行目の第１項の交流成分は除去され、数４に示されるように直流成分のみが出力される。尚、被加熱物１００を加熱する際には、第１の発振器２０よりマイクロ波が放射されるが、このマイクロ波の周波数は、ローパスフィルタ６２のカットオフ周波数よりも高いため、ローパスフィルタ６２によりカットされる。
【００２８】
【数４】
2019036503.tif 000006
【００２９】
このローパスフィルタ６２より出力された直流成分は、電圧測定部６３においてアナログの電圧値として測定され、この電圧値は、信号処理部６４においてＡ／Ｄ変換された後、電圧値のデジタル信号が制御部７０に入力される。制御部７０では、入力された電圧値のデジタル信号に基づき第１の発振器２０や増幅器４０等の制御を行う。
【００３０】
具体的には、数４に示される式より明らかなように、ローパスフィルタ６２より出力される電圧Ｖ（ｔ）は、電流位相差φに依存した値であり、電流位相差φは、コイル１１のインダクタンスが変化することにより変化する。従って、ローパスフィルタ６２より出力される電圧Ｖ（ｔ）と電流位相差φとの関係は図４に示される関係にあるため、電圧Ｖ（ｔ）を電圧測定部６３により測定することにより、電流位相差φを得ることができる。
【００３１】
ここで、電流位相差φは被加熱物１００の温度により変化する値である。従って、加熱前の状態で測定した電流位相差をφ０とし、加熱開始後の電流位相差をφ１とした場合、加熱開始後の電流位相差φ１と加熱前の電流位相差φ０との差である位相差変化量ｄφ＝φ１−φ０は、被加熱物１００の温度との間に相関関係がある。尚、本実施の形態においては、φ０＝０°となるように、予め調整しておいてもよい。この場合には、位相差変化量ｄφ＝φ１となる。
【００３２】
よって、図５に示されるような、位相差変化量ｄφと被加熱物１００の温度との相関関係のテーブルを予め準備しており、加熱後に得られた電流位相差φ１より、位相差変化量ｄφを算出し、位相差変化量ｄφの値に基づき被加熱物１００の温度を算出する。このような位相差変化量ｄφと被加熱物１００の温度との相関関係のテーブルは、制御部７０における記憶部７２に記憶されている。また、このようなテーブルに代えて、位相差変化量ｄφと被加熱物１００の温度との相関関係の式が得られれば、そのような式を制御部７０の記憶部７２に記憶しておき、その式に基づき温度を算出してもよい。
【００３３】
本実施の形態においては、コイル１１におけるインダクタンスをＬ、抵抗成分をＲとした場合に、電流位相差φは、数５に示す式により表される。この場合における抵抗成分Ｒは、１００Ωである。
【００３４】
【数５】
2019036503.tif 000007
【００３５】
本実施の形態においては、加熱される前の温度となる常温の温度を測定するための温度測定部１２が設けられていてもよい。このような温度測定部１２により、被加熱物１００が加熱される前の周囲の温度を測定しておくことにより、加熱された被加熱物１００の温度をより正確に推定することができる。この温度測定部１２は、筐体部１０の外に設けられていてもよい。
【００３６】
（加熱方法の制御１）
次に、本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置による加熱方法の制御について、図６に基づき説明する。
【００３７】
最初に、ステップ１０２（Ｓ１０２）において、本実施の形態における加熱装置において、加熱スイッチをオンにする。
【００３８】
次に、ステップ１０４（Ｓ１０４）において、加熱前の初期の電流位相差φ０を測定する。具体的には、被加熱物１００を加熱する前、即ち、アンテナ５０より被加熱物１００にマイクロ波を照射する前に、第２の発振器３０より周波数が１．０ＧＨｚの信号を出力する。第２の発振器３０より出力された信号は、分岐部６０において分岐され、一方はコイル１１を流れた後にミキサ６１に入力し、他方はそのままミキサ６１に直接入力しており、２つの入力の掛け算がなされた後に出力される。ミキサ６１より出力された信号は、ローパスフィルタ６２を介し、電圧測定部６３においてアナログの電圧値として測定される。この電圧値は、初期の電流位相差φ０に対応した値であり、信号処理部６４においてデジタル信号に変化された後、制御部７０に入力する。制御部７０の演算部７１では、デジタル信号に変換された電圧値に基づき、初期の電流位相差φ０を算出し、この初期の電流位相差φ０は、記憶部７２に記憶される。
【００３９】
次に、ステップ１０６（Ｓ１０６）において、被加熱物１００にマイクロ波を照射し加熱する。具体的には、第１の発振器２０において、周波数が２．４５ＧＨｚの信号を発生させ、この信号を増幅器４０において増幅し、アンテナ５０より被加熱物１００に照射する。これにより、被加熱物１００が加熱され、被加熱物１００より水蒸気が発生し、筐体部１０内の被加熱物１００の周囲の空間に拡散するため、筐体部１０内の比誘電率が変化する。
【００４０】
本実施の形態においては、アンテナ５０より被加熱物１００にマイクロ波を照射することにより、被加熱物１００に含まれている水分子を振動させて加熱するが、水分子は比較的早く加熱され、水蒸気となり空間内を拡散する。マイクロ波を用いた加熱方法以外の方法、例えば、ヒーター等を用いて被加熱物１００を外から加熱する場合は、水分子を直接振動させる方法ではないため、加熱開始から水蒸気が発生するまでに時間を要する。本実施の形態は、マイクロ波により被加熱物１００に含まれる水分子を直接振動させることにより加熱し、これにより生じた水蒸気の量に依存して変化する筐体部１０内の比誘電率を測定するものである。従って、ヒーター等を用いて被加熱物１００を外から加熱する場合と比べて、被加熱物１００の温度を正確に測定することができる。
【００４１】
次に、ステップ１０８（Ｓ１０８）において、加熱開始後の電流位相差φ１を測定する。具体的には、被加熱物１００を加熱開始後、即ち、アンテナ５０より被加熱物１００へのマイクロ波の照射を開始した後、第２の発振器３０より周波数が１．０ＧＨｚの信号を出力し、ステップ１０４と同様の方法により、加熱開始後の電流位相差φ１を算出する。尚、本実施の形態は、電流位相差φ１の算出をステップ１０４の工程以降、連続して行うものであってもよい。
【００４２】
次に、ステップ１１０（Ｓ１１０）において、ステップ１０８において算出された電流位相差φ１と記憶部７２に記憶されている初期の電流位相差φ０より位相差変化量ｄφを算出し、得られた位相差変化量ｄφに基づき被加熱物１００の温度を算出する。具体的には、記憶部７２に予め記憶されている位相差変化量ｄφと被加熱物１００の温度との相関関係のテーブルや相関関係の式に基づき被加熱物１００の温度を算出する。
【００４３】
次に、ステップ１１２（Ｓ１１２）において、ステップ１１０において算出された被加熱物１００の温度が、所望の到達温度以上になっているか否かを判断する。ステップ１１０において算出された被加熱物１００の温度が、所望の到達温度以上になっている場合には、ステップ１１４に移行する。ステップ１１０において算出された被加熱物１００の温度が、所望の到達温度以上になっていない場合には、ステップ１０８に移行し、マイクロ波による被加熱物１００の加熱を継続した状態のまま、被加熱物１００が到達温度となるまで、温度の算出を繰り返す。
【００４４】
ステップ１１４（Ｓ１１４）においては、被加熱物１００が所望の到達温度に達したため、マイクロ波による被加熱物１００の加熱を停止、即ち、第１の発振器２０における信号の発生を停止し、終了する。
【００４５】
尚、本実施の形態において、φ０＝０°となるように設定されている場合には、ステップ１０４及びステップ１１０における工程は省略される。
【００４６】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置による加熱方法の制御について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置を用いて、被加熱物を昇温プロファイルに沿って加熱する加熱方法である。被加熱物によっては、加熱する際の昇温プロファイルによって、被加熱物の味や食感等に違いが生じる場合がある。具体的には、被加熱物が生鮮食料品や薬品等の場合、被加熱物を加熱する際に、被加熱物の温度上昇プロファイルが異なると、味や成分が異なる場合がある。例えば、被加熱物が日本酒であって、熱燗にしたい場合には、日本酒の温度上昇のさせ方によって、美味しさに違いが生じる場合がある。本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、このような場合に対応するものである。
【００４７】
具体的には、図７に示すように、被加熱物１００を所定の温度まで加熱する場合には、加熱の昇温プロファイル、即ち、加熱開始からの時間と被加熱物１００の温度との関係は、様々なパターンが考えられる。例えば、図７の７Ａのパターンは、加熱開始から短時間で急速に被加熱物１００を加熱し、ある程度の温度になった後は、加熱の速度を落として加熱するパターンである。また、７Ｂのパターンは、加熱開始後、最初のうちは徐々に加熱し、途中から加熱の速度を高くして加熱するパターンである。
【００４８】
ところで、被加熱物１００が日本酒であって熱燗にする場合、図７の７Ａのパターンにより被加熱物１００を加熱する場合と、７Ｂのパターンにより被加熱物１００を加熱する場合とでは、日本酒の熱燗の味が異なることが知見として得られている。このため、より美味しく日本酒を熱燗にするためには、日本酒を熱燗にする際の加熱の昇温プロファイルが重要となる。
【００４９】
本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の加熱方法の制御について、図８に基づき説明する。本実施の形態においては、被加熱物１００を加熱する際に、最も適した昇温プロファイル、即ち、加熱開始からの時間と被加熱物１００の温度との関係は既知であり、このような昇温プロファイルが記憶部７２等に記憶されているものとする。また、本実施の形態においては、制御部７０は増幅器４０にも接続されており、アンテナ５０より放射されるマイクロ波の強度を制御することができる。
【００５０】
最初に、ステップ２０２（Ｓ２０２）において、本実施の形態における加熱装置において、加熱スイッチをオンにする。
【００５１】
次に、ステップ２０４（Ｓ２０４）において、加熱前の初期の電流位相差φ０を測定する。
【００５２】
次に、ステップ２０６（Ｓ２０６）において、マイクロ波により被加熱物１００を加熱する。この際、被加熱物１００の加熱開始と同時に、不図示のタイマ等により加熱開始からの時間のカウントを開始する。
【００５３】
次に、ステップ２０８（Ｓ２０８）において、加熱開始後の電流位相差φ１を測定する。
【００５４】
次に、ステップ２１０（Ｓ２１０）において、ステップ２０８において算出された電流位相差φ１と記憶部７２に記憶されている初期の電流位相差φ０より位相差変化量ｄφを算出し、得られた位相差変化量ｄφに基づき被加熱物１００の温度を算出する。
【００５５】
次に、ステップ２１２（Ｓ２１２）において、ステップ２１０において算出された被加熱物１００の温度が、加熱開始からの時間に対応する昇温プロファイルの温度になっているか否かを判断する。ステップ２１０において算出された被加熱物１００の温度が、加熱開始からの時間に対応する昇温プロファイルの温度と等しい場合には、ステップ２０８に移行する。ステップ２１０において算出された被加熱物１００の温度が、加熱開始からの時間に対応する昇温プロファイルの温度と等しくない場合には、ステップ２１４に移行する。
【００５６】
次に、ステップ２１４（Ｓ２１４）において、ステップ２１０において算出された被加熱物１００の温度が、加熱開始からの時間に対応する昇温プロファイルの温度未満であるか否かを判断する。ステップ２１０において算出された被加熱物１００の温度が、加熱開始からの時間に対応する昇温プロファイルの温度未満である場合には、ステップ２１６に移行する。ステップ２１０において算出された被加熱物１００の温度が、加熱開始からの時間に対応する昇温プロファイルの温度未満ではない場合には、ステップ２１８に移行する。
【００５７】
ステップ２１６（Ｓ２１６）において、アンテナ５０より放射させるマイクロ波の強度を強くする。即ち、ステップ２１０において算出された被加熱物１００の温度は、加熱開始からの時間に対応する昇温プロファイルの温度未満であるため、第１の発振器２０または増幅器４０を制御することにより、アンテナ５０より放射されるマイクロ波の強度を強くする。これにより、被加熱物１００の加熱を促進し、被加熱物１００の加熱が、所望の昇温プロファイルに沿うように制御する。この後、ステップ２０８に移行する。
【００５８】
次に、ステップ２１８（Ｓ２１８）において、ステップ２１０において算出された被加熱物１００の温度が、所望の到達温度以上になっているか否かを判断する。ステップ２１０において算出された被加熱物１００の温度が到達温度以上になっている場合には、ステップ２２０に移行する。ステップ２１０において算出された被加熱物１００の温度が、所望の到達温度以上になっていない場合には、ステップ２２２に移行する。
【００５９】
ステップ２２０（Ｓ２２０）においては、被加熱物１００が所望の到達温度に達しているため、マイクロ波による被加熱物１００の加熱を停止、即ち、第１の発振器２０における信号の発生を停止し、終了する。
【００６０】
ステップ２２２（Ｓ２２２）において、アンテナ５０より放射させるマイクロ波の強度を弱くする。即ち、この場合には、ステップ２１０において算出された被加熱物１００の温度は、加熱開始からの時間に対応する昇温プロファイルの温度は超えているが、所望の到達温度には達してはいない。このため、第１の発振器２０または増幅器４０を制御することにより、アンテナ５０より放射されるマイクロ波の強度を弱くする。これにより、被加熱物１００の加熱の速度を緩やかにし、被加熱物１００の加熱が、所望の昇温プロファイルに沿うように制御する。この後、ステップ２０８に移行する。
【００６１】
以上の工程により、本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の加熱方法により、被加熱物１００は加熱される。
【００６２】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、筐体部の周囲に電極を設け、キャパシタを形成した構造のものである。第１の実施の形態において説明したように、被加熱物１００が加熱され、筐体部に水蒸気が拡散すると、筐体部内全体の比誘電率が変化し、静電容量も変化する。このような静電容量の変化は、コンデンサの容量の変化として検出することができる。よって、本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、筐体部の周囲に２つの電極を設け、静電容量の変化を検出することにより、被加熱物１００の温度を算出するものである。
【００６３】
本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置について、図９に基づき説明する。本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、筐体部１１０の周囲において対向している。第１の電極１１１と第２の電極１１２が設けられており、第１の電極１１１、第２の電極１１２、筐体部１１０によりキャパシタが形成されている構造のものである。また、分岐部６０と第１の電極１１１との間には、抵抗１２０が設けられている。第２の発振器３０の出力は、分岐部６０において分岐され、一方は、抵抗１２０を介して、第１の電極１１１に接続されており、他方は、ミキサ６１に入力している。また、第２の電極１１２はミキサ６１に接続されている。
【００６４】
図１０は、本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の温度の測定を説明するために、要部をモデル化した図である。位相φは、数６に示す式により示される。一例として、抵抗１２０の抵抗値Ｒを１０Ω、第１の電極１１１及び第２の電極１１２の面積Ｓを５０ｃｍ２（１０ｃｍ×５ｃｍ）、第１の電極１１１と第２の電極１１２との距離ｄを１０ｃｍとする。
【００６５】
【数６】
2019036503.tif 000008
【００６６】
ここで、筐体部１１０内に空気しか入っていない場合を考えると、空気の比誘電率は約１であることから、筐体部１１０により形成されるキャパシタの容量は、約０．４４３ｐＦとなり、この際の位相差φ１０は、８６．１°である。これに対し、筐体部１１０内に被加熱物１００を設置し加熱することにより、水蒸気が拡散し、筐体部１１０内の比誘電率が６０になった場合を考えると、筐体部１１０により形成されるキャパシタの容量は、約２６．５５ｐＦとなり、この際の位相差φ１１は、１３．７°である。従って、位相差φ１０と位相差φ１１とでは、７０°以上の位相差変化量があり、検出される電圧の出力変動は、約７０％であると考えられる。このため、筐体部１１０内に被加熱物１００を設置し加熱した場合であっても、筐体部１１０内に拡散する水蒸気の量に依存して、筐体部１１０により形成されるキャパシタの容量も変化する。よって、筐体部１１０に第１の電極１１１及び第２の電極１１２を設けた場合であっても、筐体部１１０内に設置された加熱されている被加熱物１００の温度を測定することが可能である。
【００６７】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態等と同様である。
【００６８】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００６９】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
内部に被加熱物を設置する筐体部と、
前記筐体部の周囲に巻かれたコイルと、
前記被加熱物にマイクロ波を照射するアンテナと、
前記アンテナより放射されるマイクロ波となる交流信号を発生させる第１の発振器と、
前記コイルに入力される交流信号を発生させる第２の発振器と、
前記コイルにおけるインダクタンスの変化に基づき前記被加熱物の温度を算出する制御部と、
を有することを特徴とするマイクロ波加熱装置。
（付記２）
前記第２の発振器において発生させた交流信号を分岐する分岐部と、
２つの信号を掛け合わせて出力する乗算器と、
ローパスフィルタと、
電圧測定部と、
を有し、
前記乗算器には、前記分岐部において分岐された交流信号のうちの一方が前記コイルを通り入力し、他方が直接入力しており、
前記乗算器は、前記コイルを通り入力されている電気信号と、前記直接入力されている電気信号とを掛け合わせて出力するものであって、
前記乗算器からの出力は、前記ローパスフィルタを介し、前記電圧測定部において測定され、
前記制御部は、前記電圧測定部において測定された電圧値に基づき前記被加熱物の温度を算出することを特徴とする付記１に記載のマイクロ波加熱装置。
（付記３）
前記インダクタンスは、前記筐体部内の比誘電率が変化することにより変化するものであって、
前記電圧測定部は、前記インダクタンスに対応する電流位相差を直流成分の電圧値として検出するものであることを特徴とする付記１または２に記載のマイクロ波加熱装置。
（付記４）
前記制御部には、前記電流位相差の位相差変化量と温度との関係を示す情報が記憶されていることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。
（付記５）
内部に被加熱物を設置する筐体部と、
前記筐体部の周囲において、対向して設けられた第１の電極及び第２の電極と、
前記被加熱物にマイクロ波を照射するアンテナと、
前記アンテナより放射されるマイクロ波となる交流信号を発生させる第１の発振器と、
前記第１の電極に供給される交流信号を発生させる第２の発振器と、
前記第１の電極、前記筐体部、前記第２の電極により形成されるキャパシタの静電容量の変化に基づき前記被加熱物の温度を算出する制御部と、
を有することを特徴とするマイクロ波加熱装置。
（付記６）
前記第２の発振器において発生させた交流信号を分岐する分岐部と、
２つの信号を掛け合わせて出力する乗算器と、
ローパスフィルタと、
電圧測定部と、
を有し、
前記分岐部は、入力された交流信号を分岐するものであって、一方が前記第１の電極に入力しており、他方が前記乗算器に直接入力しており、
前記乗算器は、前記第１の電極より入力され、前記第２の電極より出力される電気信号と、前記直接入力されている電気信号とを掛け合わせて出力するものであって、
前記乗算器からの出力は、前記ローパスフィルタを介し、前記電圧測定部において測定され、
前記制御部は、前記電圧測定部において測定された電圧値に基づき前記被加熱物の温度を算出することを特徴とする付記５に記載のマイクロ波加熱装置。
（付記７）
前記筐体部には、温度測定部が設けられており、
前記制御部には、前記温度測定部における温度と、前記電圧測定部において測定された電圧値に基づき前記被加熱物の温度を算出することを特徴とする付記２または６に記載のマイクロ波加熱装置。
（付記８）
ローパスフィルタのカットオフ周波数は、前記第２の発振器より出力される周波数よりも高く、前記第２の発振器より出力される周波数の２倍の周波数よりも低いことを特徴とする付記１から７のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。
【符号の説明】
【００７０】
１０        筐体部
１１        コイル
１１ａ      一方の端子
１１ｂ      他方の端子
２０        第１の発振器
３０        第２の発振器
４０        増幅器
５０        アンテナ
６０        分岐部
６１        ミキサ
６２        ローパスフィルタ
６３        電圧測定部
６４        信号処理部
７０        制御部
７１        演算部
７２        記憶部
１００      被加熱物
【図１】
2019036503.tif 000009
【図２】
2019036503.tif 000010
【図３】
2019036503.tif 000011
【図４】
2019036503.tif 000012
【図５】
2019036503.tif 000013
【図６】
2019036503.tif 000014
【図７】
2019036503.tif 000015
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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