特許 7352782 高周波加熱装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-21

(45)【発行日】2023-09-29

(54)【発明の名称】高周波加熱装置

(51)【国際特許分類】

   F24C 7/02 20060101AFI20230922BHJP

   H05B 6/68 20060101ALI20230922BHJP

【ＦＩ】

F24C7/02 320F

F24C7/02 340J

H05B6/68 320M

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020533464

(86)(22)【出願日】2019-07-25

(86)【国際出願番号】 JP2019029119

(87)【国際公開番号】W WO2020026930

(87)【国際公開日】2020-02-06

【審査請求日】2021-12-13

(31)【優先権主張番号】P 2018143141

(32)【優先日】2018-07-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106116

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100131495

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 健児

(72)【発明者】

【氏名】夘野 高史

(72)【発明者】

【氏名】小笠原 史太佳

(72)【発明者】

【氏名】岩田 基良

(72)【発明者】

【氏名】高野 伸司

(72)【発明者】

【氏名】福井 幹男

(72)【発明者】

【氏名】細川 大介

(72)【発明者】

【氏名】平本 雅祥

【審査官】宮部 菜苗

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６０－１３６１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－０４５４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０００－５００９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０８７３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１２８０７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０８８６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－３０３９９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２４Ｃ １／００－１５／３６

Ｈ０５Ｂ ６／６４－６／８０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

負荷を収容する加熱室と、
マイクロ波を発生させ、前記マイクロ波の周波数および出力を調整可能なマイクロ波源と、
前記マイクロ波を前記加熱室内に放射する少なくとも一つの放射部と、
前記加熱室内の温度を検出する温度検出部と、
前記負荷の温度推移を規定する温度プロファイルと、前記加熱室内の前記温度とに基づいて、前記マイクロ波の前記出力を調整するように、前記マイクロ波源を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記マイクロ波源に、１回の出力調整の間に複数通りの周波数の前記マイクロ波を出力させる、高周波加熱装置。

【請求項2】

使用者による選択を入力する操作部をさらに備え、
前記制御部が、前記使用者による前記選択に応じて実施するべき前記温度プロファイルを決定する、請求項１に記載の高周波加熱装置。

【請求項3】

前記制御部が、前記マイクロ波の前記出力を調整する周期を変更するように、前記マイクロ波源を制御する、請求項１に記載の高周波加熱装置。

【請求項4】

前記制御部が、前記マイクロ波の前記出力を調整する周期よりも短い周期で前記マイクロ波の前記周波数を調整するように、前記マイクロ波源を制御する、請求項１に記載の高周波加熱装置。

【請求項5】

前記マイクロ波源から前記加熱室に伝送される伝送エネルギーを検出する第１の電力検出器と、前記加熱室から前記マイクロ波源に戻る反射エネルギーを検出する第２の電力検出器と、を備え、
前記制御部が、前記伝送エネルギーと前記反射エネルギーとに基づいて、前記マイクロ波の前記周波数を調整するように、前記マイクロ波源を制御する、請求項１記載の高周波加熱装置。

【請求項6】

前記少なくとも一つの放射部が複数の放射部を含み、
前記マイクロ波源が、前記複数の放射部により放射される複数のマイクロ波の相対位相を調整する、請求項１に記載の高周波加熱装置。

【請求項7】

前記制御部が、前記マイクロ波の前記出力を調整する周期よりも短い周期で前記マイクロ波の前記相対位相を調整するように、前記マイクロ波源を制御する、請求項６に記載の高周波加熱装置。

【請求項8】

前記マイクロ波源から前記加熱室へ伝送される伝送エネルギーを検出する第１の電力検出器と、前記加熱室から前記マイクロ波源に戻る反射エネルギーを検出する第２の電力検出器と、を備え、
前記制御部が、前記伝送エネルギーと前記反射エネルギーとに基づいて、前記複数のマイクロ波の前記相対位相を調整するように、前記マイクロ波源を制御する、請求項６に記載の高周波加熱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、マイクロ波を用いた高周波加熱装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、高周波加熱装置は、赤外線センサを用いて食材の初期温度を測定し、食材が常温であるか冷凍であるかを判別する。マイクロ波源であるマグネトロンの出力は、冷凍の場合は低出力モードで食材を加熱するように、常温の場合はフルパワーで食材を加熱するように制御される（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

一般的に、食材を解凍する場合、加熱の均一性を保つために低出力モードが選択され、食材を温める場合、時間短縮のためにフルパワーモードが選択される。冷凍状態の食材に対して解凍と温めとを連続して行う場合、－２０℃の温度の食材に対してフルパワーで解凍を開始し、食材の温度が０℃付近になると低出力モードに切替え、食材が完全に解凍された時点で、再度フルパワーに切替えられる。

【0004】

加熱室からの反射エネルギーに基づいて、負荷である食材の状態を判別する技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。この技術は、食材が冷凍状態にあると反射エネルギーが大きく、食材が解凍されると反射エネルギーが減少することに基づいて、加熱を制御することで、過剰な加熱を防止する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平５－８７３４４号公報

【文献】特開平４－５６０９２号公報

【発明の概要】

【0006】

従来の構成では、解凍機能、温め機能において食材を所望の温度まで加熱することは可能である。しかし、食材または調理レシピに適した温度制御は達成されておらず、調理後の食感や仕上りにバラツキが生じることがある。

【0007】

例えば、牛肉を加熱する際、ミオシンやコラーゲンなどのたんぱく質が５０～５６℃で変性を開始し、歯切れの良い食感や柔軟性が得られる。一方、６６℃以上でアクチンが変性を開始し、肉汁の素となる水分が排出されて、仕上りを著しく劣化させる。

【0008】

ローストビーフなどの低温調理が必要な調理レシピにおいては、６０℃弱の温度を一定時間維持するなど、細やかな出力制御が要求される。

【0009】

特許文献１には、解凍時の加熱の均一性については記載されるが、常温よりも高い温度での出力制御については記載されていない。

【0010】

特許文献２には、解凍時の過加熱を防止するために、加熱に必要なエネルギーを算出し、出力を停止する技術については記載される。しかし、特許文献２には、食材や調理レシピに応じた温度推移を達成するために出力を調整することは開示されていない。

【0011】

本開示は、食材の温度を規定する温度プロファイルに沿って調理中の食材の温度が推移するように、マイクロ波源の出力を調整する高周波加熱装置を提供することを目的とする。

【0012】

半導体素子で構成されたマイクロ波源により、より細かい出力制御、および、発振周波数、位相などの複数のパラメータの調整が可能となる。その結果、加熱時の効率および加熱の均一性を向上させることが可能となる。

【0013】

本開示の一態様の高周波加熱装置は、負荷を収容する加熱室と、マイクロ波源と、少なくとも一つの放射部と、温度検出部と、制御部とを備える。マイクロ波源は、マイクロ波を発生させ、マイクロ波の周波数および出力を調整可能である。少なくとも一つの放射部は、マイクロ波を加熱室内に放射する。温度検出部は、加熱室内の温度を検出する。制御部は、負荷の温度推移を規定する温度プロファイルと、加熱室内の温度とに基づいて、マイクロ波の出力を調整するように、マイクロ波源を制御する。

【0014】

本態様によれば、調理レシピに応じた温度プロファイルに従って食材を加熱することで、調理の仕上りを安定化させることができる。

【0015】

本態様によれば、設定した温度プロファイルに従って、マイクロ波の出力を調整し、負荷の温度を制御することで、調理の仕上りを安定化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、本開示の実施の形態１に係る高周波加熱装置の構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、実施の形態１に係る高周波加熱装置の制御フローチャートである。

【図3A】図３Ａは、温度プロファイルの一例を示す図である。

【図3B】図３Ｂは、温度プロファイルの他の例を示す図である。

【図3C】図３Ｃは、温度プロファイルの他の例を示す図である。

【図4】図４は、本開示の実施の形態２に係る高周波加熱装置の構成を示すブロック図である。

【図5】図５は、実施の形態２における伝送エネルギーおよび反射エネルギーの周波数特性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本開示の第１の態様の高周波加熱装置は、負荷を収容する加熱室と、マイクロ波源と、少なくとも一つの放射部と、温度検出部と、制御部とを備える。マイクロ波源は、マイクロ波を発生させ、マイクロ波の周波数および出力を調整可能である。少なくとも一つの放射部は、マイクロ波を加熱室内に放射する。温度検出部は、加熱室内の温度を検出する。制御部は、負荷の温度推移を規定する温度プロファイルと、加熱室内の温度とに基づいて、マイクロ波の出力を調整するように、マイクロ波源を制御する。

【0018】

本態様によれば、調理レシピに応じた温度プロファイルに従って食材を加熱することで、調理の仕上りを安定化させることができる。

【0019】

本開示の第２の態様の高周波加熱装置は、第１の態様に加えて、使用者による選択を入力する操作部をさらに備える。制御部は、使用者による選択に応じて実施するべき温度プロファイルを決定する。

【0020】

本開示の第３の態様の高周波加熱装置において、第１の態様に加えて、制御部は、マイクロ波の出力を調整する周期を変更するように、マイクロ波源を制御する。

【0021】

本開示の第４の態様の高周波加熱装置において、第１の態様に加えて、制御部は、マイクロ波の出力を調整する周期よりも短い周期でマイクロ波の周波数を調整するように、マイクロ波源を制御する。

【0022】

本開示の第５の態様の高周波加熱装置は、第１の態様に加えて、マイクロ波源から加熱室に伝送される伝送エネルギーを検出する第１の電力検出器と、加熱室からマイクロ波源に戻る反射エネルギーを検出する第２の電力検出器と、を備える。制御部は、伝送エネルギーと反射エネルギーとに基づいて、マイクロ波の周波数を調整するように、マイクロ波源を制御する。

【0023】

本開示の第６の態様の高周波加熱装置において、第１の態様に加えて、少なくとも一つの放射部が複数の放射部を含む。マイクロ波源は、複数の放射部により放射される複数のマイクロ波の相対位相を調整する。

【0024】

本開示の第７の態様の高周波加熱装置において、第６の態様に加えて、制御部は、マイクロ波の出力を調整する周期よりも短い周期でマイクロ波の相対位相を調整するように、マイクロ波源を制御する。

【0025】

本開示の第８の態様の高周波加熱装置は、第６の態様に加えて、マイクロ波源から加熱室へ伝送される伝送エネルギーを検出する第１の電力検出器と、加熱室からマイクロ波源に戻る反射エネルギーを検出する第２の電力検出器と、を備える。制御部は、伝送エネルギーと反射エネルギーとに基づいて、複数のマイクロ波の相対位相を調整するように、マイクロ波源を制御する。

【0026】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

【0027】

（実施の形態１）
図１は、本開示の実施の形態１に係る高周波加熱装置１００の構成を示すブロック図である。

【0028】

図１に示すように、高周波加熱装置１００は、マイクロ波源１０１と、負荷である食材１０４が載置される加熱室１０３と、放射部であるアンテナ１０２と、温度検出部である温度センサ１０５と、制御部である制御ボード１０６と、操作部１０７とを有する。

【0029】

温度センサ１０５は、食材１０４の温度を検出する。制御ボード１０６は、マイクロプロセッサなどを備えた回路基板であり、食材１０４の温度に基づいてマイクロ波源１０１の出力を調整する。操作部１０７は、使用者が調理レシピを選択するために設けられる。

【0030】

マイクロ波源１０１は、半導体素子を用いたマイクロ波の発振器と、可変利得増幅器とを含む。マイクロ波源１０１に含まれた発振器は、２．４ＧＨｚ～２．５ＧＨｚの範囲における任意の周波数のマイクロ波を発生させる。マイクロ波源１０１に含まれた可変利得増幅器は、発振器により発生されたマイクロ波を可能な範囲内の任意の出力値に増幅する。

【0031】

マイクロ波源１０１から出力されたマイクロ波は、アンテナ１０２を介して加熱室１０３内に放射される。放射されたマイクロ波は食材１０４を加熱する。温度センサ１０５は、フードプローブ（Food probe）で構成され、食材１０４に挿入されて食材１０４の内部の温度を検出する。

【0032】

使用者が操作部１０７を用いて所望の調理レシピを選択すると、制御ボード１０６は、その調理レシピに応じて実施するべき温度プロファイルを決定する。温度プロファイルは、その調理レシピに適した食材１０４の温度推移と、その調理レシピの全体の調理時間とを規定する。

【0033】

制御ボード１０６は、調理開始からの食材１０４の温度推移が、設定された温度プロファイルに規定された温度推移に合致するように、マイクロ波源１０１から出力されるマイクロ波の周波数および出力を制御する。これにより、選択された調理レシピが実施される。

【0034】

図２は、高周波加熱装置１００の制御フローチャートである。図２に示すように、ステップＳ３１において、使用者が操作部１０７を用いて調理レシピを選択すると、制御ボード１０６は、データテーブルを参照して、選択された調理レシピに応じた実施するべき温度プロファイルを決定する。

【0035】

ステップＳ３２において、制御ボード１０６は、決定された温度プロファイルに応じた既定の初期出力条件でマイクロ波源１０１を作動させる。マイクロ波源１０１は、初期出力条件に応じたマイクロ波を出力する。昇温過程（ａ）におけるマイクロ波の初期出力条件は、例えば、２．４５ＧＨｚの周波数と５００Ｗの出力値である。

【0036】

ステップＳ３３において、制御ボード１０６は、温度センサ１０５により検出された信号に基づいて食材１０４の温度を例えば１秒毎に監視する。ステップＳ３４において、制御ボード１０６は、食材１０４の温度が、温度プロファイルに合致するか否かを判定する。

【0037】

食材１０４の温度が温度プロファイルに合致しない場合（ステップＳ３４でＮｏ）、処理はステップＳ３４からステップＳ３２に戻る。例えば、食材１０４の温度が温度プロファイルに規定された温度より低い場合、ステップＳ３２において、食材１０４の加熱を促進するために、制御ボード１０６は、例えば、マイクロ波源１０１の出力を６００Ｗに上昇させる。食材１０４が２．４７ＧＨｚの周波数を有するマイクロ波を吸収しやすい場合、制御ボード１０６が、マイクロ波の周波数を２．４７ＧＨｚに変更してもよい。

【0038】

食材１０４の温度が温度プロファイルの規定に合致する場合（ステップＳ３４でＹｅｓ）、処理はステップＳ３４からステップＳ３５に移行する。ステップＳ３５において、制御ボード１０６は、調理開始からの時間が、温度プロファイルに規定された調理時間に到達したか否かを判断する。ステップＳ３５における判断結果がＮｏであれば、処理はステップＳ３３に戻る。ステップＳ３５における判断結果がＹｅｓであれば、制御ボード１０６は調理を完了させる。

【0039】

すなわち、ステップＳ３２～ステップ３５において、制御ボード１０６は、温度プロファイルに規定された加熱時間の間、食材１０４の温度が温度プロファイルに規定された温度推移の通りに推移するように、マイクロ波源１０１を制御する。

【0040】

図３Ａは、温度プロファイルの一例である。図３Ａに示す温度プロファイルは、具体的には、ローストビーフを調理するための温度プロファイルであり、昇温過程（ａ）、温度維持過程（ｂ）、降温過程（ｃ）を順に実施することを規定する。

【0041】

昇温過程（ａ）では、制御ボード１０６は、常温の食材１０４の温度を２０分間加熱して５５℃まで上昇させる。調理開始から２０分が経過し、食材１０４の温度が５５℃に達すると、温度プロファイルは温度維持過程（ｂ）に移行する。

【0042】

温度維持過程（ｂ）では、制御ボード１０６は、マイクロ波の出力を低下させたり、周波数を変更したりするようにマイクロ波源１０１を制御する。これにより、食材１０４の温度は３０分間、比較的低温の５５℃に維持される。

【0043】

温度維持過程（ｂ）のように食材１０４の温度を一定に維持する場合、マイクロ波源１０１を作動させたり停止させたりを繰り返しても良い、しかしながら、この方法では、目標温度の５５℃からの誤差が大きくなる可能性があり、調理の仕上りを左右する繊細な温度制御が困難である。このため、マイクロ波源１０１の出力を低レベルに設定し、温度維持過程（ｂ）での温度の変動を抑制することが好ましい。

【0044】

調理開始から５０分が経過すると、温度プロファイルは降温過程（ｃ）に移行する。降温過程（ｃ）では、制御ボード１０６は、２０分間で食材１０４の温度を４５℃まで低下させる。

【0045】

降温過程（ｃ）における温度推移は非常に緩やかなため、マイクロ波源１０１を単純に停止させるのではなく、マイクロ波源１０１の出力を低レベルに設定する。例えば、調味液を食材１０４に浸透させる場合、対流を抑制するために加熱を停止する。しかし、一般的には、食材１０４の温度が高い方が調味液は食材１０４に浸透しやすい。このため、マイクロ波源１０１は、対流が起きない程度の微弱な出力レベルのマイクロ波を発生させ続けることが好ましい。

【0046】

温度プロファイルが、食材１０４の温度が高い場合には、マイクロ波源１０１の出力を停止させ、安全に取り出せる温度まで食材１０４の温度を低下させることを規定してもよい。

【0047】

以上のように、本実施の形態では、使用者により選択された調理レシピに適した温度プロファイルを設定し、食材１０４の温度に応じてマイクロ波源１０１の出力を調整する。これにより、食材１０４の温度を温度プロファイル通りに推移させることができる。その結果、調理の仕上りを安定化させることができる。

【0048】

本実施の形態では、温度センサ１０５としてフードプローブを使用し、食材１０４の内部温度を検出する。しかし、赤外線センサを用いて食材１０４の表面温度を検出してもよい。

【0049】

昇温過程（ａ）において、食材１０４の量が多いため、マイクロ波源１０１を最大出力で作動させても食材１０４の温度が温度プロファイルに規定された温度まで上昇しない場合、制御ボード１０６は、食材１０４の温度が温度プロファイルに規定された温度に達するまで昇温過程（ａ）を延長してもよい。

【0050】

同様に、降温過程（ｃ）において、マイクロ波源１０１の出力を停止しても食材１０４の温度が温度プロファイルに規定された温度まで下降しない場合、制御ボード１０６は、食材１０４の温度が温度プロファイルに規定された温度に達するまで降温過程（ｃ）を延長してもよい。

【0051】

図３Ａに示す昇温過程（ａ）および温度維持過程（ｂ）のように、複数の温度推移を規定する温度プロファイルの場合、制御ボード１０６は、昇温過程（ａ）では、加熱速度を優先してマイクロ波源１０１の出力調整の周期を長くし、温度維持過程（ｂ）では、食材１０４の温度制御の精度を優先してマイクロ波源１０１の出力調整の周期を短くしてもよい。これにより、調理時間を短縮させるとともに、調理の仕上りをさらに安定させることができる。

【0052】

図３Ｂ、図３Ｃは、温度プロファイルの他の例である。図３Ｂに示す温度プロファイルは、具体的には、ポトフなどの鍋を使った煮込み料理のための温度プロファイルであり、昇温過程（ｄ）、温度維持過程（ｅ）を順に実施することを規定する。

【0053】

昇温過程（ｄ）では、制御ボード１０６は、食材１０４を１０分間加熱して、その温度を常温から９５℃まで上昇させる。温度維持過程（ｅ）では、制御ボード１０６は、食材１０４の温度を３０分間、９５℃に維持して煮込みを行う。

【0054】

本温度プロファイルにより、微沸騰を維持することができる。これにより、吹きこぼれを防止するとともに鍋内の具材の煮崩れを防止することができる。

【0055】

図３Ｃに示す温度プロファイルは、具体的には、ケーキなどの生地を焼くための温度プロファイルであり、昇温過程（ｆ）、昇温過程（ｇ）、降温過程（ｈ）を順に実施することを規定する。

【0056】

昇温過程（ｆ）では、制御ボード１０６は、食材１０４を５分間加熱して、その温度を常温から１００℃まで急上昇させる。昇温過程（ｇ）では、制御ボード１０６は、食材１０４を２０分間加熱して、その温度を１００から１５０℃まで徐々に上昇させる。降温過程（ｈ）では、制御ボード１０６は、２０分間で食材１０４の温度を８０℃まで低下させる。

【0057】

本温度プロファイルに規定された調理では、マイクロ波源１０１に加えて、図示されない輻射ヒータが用いられる。本温度プロファイルにより、生地の膨らみ具合を安定化することができる。

【0058】

これらの温度プロファイルに応じた食材１０４の温度制御において、制御ボード１０６は、マイクロ波源１０１の出力調整とは異なるタイミングで、マイクロ波源１０１の発振周波数を変更してもよい。

【0059】

例えば、マイクロ波源１０１の出力調整の周期を１秒とし、マイクロ波源１０１の発振周波数を２．４０５ＧＨｚから２．４９５ＧＨｚまで１０ＭＨｚ刻みで０．１秒毎に変化させた場合、マイクロ波源１０１の出力調整の１周期の間に、１０通りの発振周波数で食材１０４を加熱することができる。

【0060】

一般的に、加熱室１０３のような閉空間にマイクロ波を放射した場合、閉空間内で多重に反射したマイクロ波は定在波となり、電界の強い領域と電界の弱い領域とが生じる。この電界分布は、照射するマイクロ波の周波数に依存して変化する。

【0061】

上述のように、マイクロ波源１０１の出力調整の周期よりも短い周期でマイクロ波の周波数を調整することにより、電界分布の時間平均値を均一化することができる。これにより、食材１０４の加熱ムラが低減され、調理の仕上りが改善される。

【0062】

本実施の形態では、マイクロ波源１０１により発生されたマイクロ波は、アンテナ１０２を介して加熱室１０３に放射される。しかし、アンテナ１０２の代わりに導波管を用いてもよい。

【0063】

（実施の形態２）
以下、本開示の実施の形態２に係る高周波加熱装置４００について説明する。図４は、高周波加熱装置４００の構成を示すブロック図である。図４において、実施の形態１と共通する部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

【0064】

本実施の形態では、マイクロ波源１０１により発生されたマイクロ波が、アンテナ１０２ａとアンテナ１０２ｂとを介して加熱室１０３に放射される。本実施の形態では、アンテナ１０２ａとアンテナ１０２ｂとが放射部に相当する。

【0065】

図４に示すように、本実施の形態において、マイクロ波源１０１は、発振器４０１と、移相器４０２と、増幅器４０３ａ、４０３ｂと、検波器４０４ａ、４０４ｂと、制御ボード１０６とを備える。

【0066】

発振器４０１は、発振周波数を調整可能な、半導体素子を用いたマイクロ波の発振器である。移相器４０２は、マイクロ波の位相を制御する。増幅器４０３ａ、４０３ｂは、発振器４０１により発生されたマイクロ波を可能な範囲内の任意の出力値に増幅する可変利得増幅器である。

【0067】

加熱室１０３は、増幅器４０３ａに接続されたアンテナ１０２ａと、増幅器４０３ｂに接続されたアンテナ１０２ｂとを有する。

【0068】

本実施の形態では、発振器４０１により発生されたマイクロ波は二分割される。一方のマイクロ波は増幅器４０３ａにより増幅され、アンテナ１０２ａによって加熱室１０３に放射される。他方のマイクロ波は、移相器４０２を通過した後、増幅器４０３ｂにより増幅され、アンテナ１０２ｂによって加熱室１０３に放射される。

【0069】

このため、アンテナ１０２ｂから放射されるマイクロ波は、移相器４０２によりその位相が調整され、アンテナ１０２ａから放射されるマイクロ波とは異なる位相を有する。

【0070】

検波器４０４ａは、増幅器４０３ａからアンテナ１０２ａに伝送される伝送エネルギーＰｆａと、アンテナ１０２ａから返ってくる反射エネルギーＰｒａとを個別に検波する。検波器４０４ｂは、増幅器４０３ｂからアンテナ１０２ｂに伝送される伝送エネルギーＰｆｂと、アンテナ１０２ｂから返ってくる反射エネルギーＰｒｂとを個別に検波する。

【0071】

検波器４０４ａは、伝送エネルギーＰｆａを検波する場合には第１の電力検出器として機能し、反射エネルギーＰｒａを検波する場合には第２の電力検出器として機能する。同様に、検波器４０４ｂは、伝送エネルギーＰｆｂを検波する場合には第１の電力検出器として機能し、反射エネルギーＰｒｂを検波する場合には第２の電力検出器として機能する。

【0072】

反射エネルギーＰｒａ、Ｐｒｂは、食材１０４の加熱に寄与しない損失エネルギーである。反射エネルギーＰｒａ、Ｐｒｂを低減するように、発振器４０１の発振周波数と、移相器４０２の位相調整量とを調整することで、加熱に寄与するエネルギーの効率を向上させることができる。

【0073】

図５は、２．４ＧＨｚ～２．５ＧＨｚの周波数範囲における、伝送エネルギーＰｆおよび反射エネルギーＰｒの周波数特性を示す。縦軸に示す（Ｐｆ－Ｐｒ）／Ｐｆは、加熱に寄与するエネルギーの効率を表す。この指標が大きいほど加熱効率が高い。

【0074】

図５に示すように、２．４ＧＨｚ～２．５ＧＨｚの周波数範囲には、２．４０７ＧＨｚ、２．４９３ＧＨｚなどの比較的効率の高い周波数と、２．４１７ＧＨｚ、２．４５７ＧＨｚなどの比較的効率の低い周波数とが含まれる。

【0075】

このため、図２に示すステップＳ３２において、制御ボード１０６が、調理前に発振器４０１の発振周波数を調整して、２．４ＧＨｚ～２．５ＧＨｚの周波数範囲を１ＭＨｚ刻みで掃引し、各周波数における加熱効率を確認する。その後、制御ボード１０６は、最も加熱効率の高い周波数のマイクロ波を用いて調理を行う。これにより、調理時の消費電力を低減することができる。

【0076】

加熱効率の比較的高い複数の周波数を選択し、これらの周波数を順次使用して調理することで、加熱効率と均一性とがさらに向上する。

【0077】

複数のアンテナを用いる場合、位相についても同様に、調理前に最も加熱効率の高い位相差を確認してもよい。具体的には、制御ボード１０６が、移相器４０２を制御して、アンテナ１０２ａとアンテナ１０２ｂとから放射されるマイクロ波との位相差を０°から３６０°まで４５°刻みで掃引し、各位相差における加熱効率を確認する。その後、制御ボード１０６は、最も加熱効率の高い位相差で調理を行う。これにより、調理時の消費電力をさらに低減することができる。

【0078】

温度プロファイルに応じた食材１０４の温度制御において、制御ボード１０６は、マイクロ波源１０１の出力調整とは異なるタイミングで、移相器４０２の位相調整量を変更してもよい。

【0079】

特に、マイクロ波源１０１の出力調整の周期よりも短い周期で二つのマイクロ波の相対位相を調整すると、周波数の場合と同様に、加熱室１０３内の電界分布の時間平均値が均一化される。その結果、食材１０４の加熱ムラが低減され、調理の仕上りが改善される。

【0080】

調理中に周波数および位相の両方を変更することで、さらに食材１０４の加熱ムラを低減することが可能である。

【0081】

図５に示した加熱効率と発振周波数の関係は一例である。この関係は、加熱室１０３の形状、大きさ、および、食材１０４の材質、量に応じて変化するだけでなく、調理の進行に伴う食材１０４の温度推移にも影響を受ける。このため、調理開始前だけでなく、定期的に発振周波数を設定し直すことが望ましい。

【0082】

実施の形態１、２において、マイクロ波加熱のみにより食材１０４を調理する。しかし、マイクロ波加熱に加えて、赤外線ヒータなどによる輻射加熱、または、熱風を利用した対流加熱を併用してもよい。

【0083】

マイクロ波源１０１の出力値を決定するために、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御を使用してもよい。Ｐ（Proportional）制御とは比例制御のことを意味する。温度プロファイルに規定された温度と食材１０４の実際の温度との差をΔＴとした場合、Ｐ制御では、ΔＴに応じて、マイクロ波源１０１の出力値を調整する。

【0084】

Ｉ（Integral）制御とは積分制御を意味する。Ｉ制御では、ΔＴの累積値に応じて、マイクロ波源１０１の出力値を調整する。Ｄ（Differential）制御とは微分制御を意味する。Ｄ制御では、ΔＴの変化量に応じて、マイクロ波源１０１の出力値を調整する。

【0085】

具体的には、例えば、（数１）で示される式により制御指数を計算する。この式におけるＫｐ、Ｋｉ、Ｋｄは所定の係数である。これらの係数は、各調理レシピに適したものに設定することが好ましい。

【0086】

【数1】

【産業上の利用可能性】

【0087】

以上のように、本開示にかかる高周波加熱装置は、食材の調理および解凍の用途に加え、マイクロ波による殺菌などの用途にも適用可能である。

【符号の説明】

【0088】

１０１ マイクロ波源
１０２、１０２ａ、１０２ｂ アンテナ
１０３ 加熱室
１０４ 食材
１０５ 温度センサ
１０６ 制御ボード
１０７ 操作部
４０１ 発振器
４０２ 移相器
４０３ａ、４０３ｂ 増幅器
４０４ａ、４０４ｂ 検波器

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】