JP7266166B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

Description

本開示は高周波加熱装置に関する。

高周波加熱装置として、例えば、特許文献１に記載の解凍装置が知られている。特許文献１に記載の解凍装置では、対向する電極間に加熱対象物が配置され、電極間に供給された高周波電力によって加熱対象物が加熱される（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載の解凍装置は、二つの対向電極と、調節機構と、高周波供給部と、条件変更部とを備える。調節機構は、対向電極間の間隔を調節する。高周波供給部は、対向電極に高周波電力を供給する。条件変更部は、対向電極間の間隔に応じて高周波電力の対向電極への供給条件を変更する。

特許文献１に記載の解凍装置は、対向電極の間隔を解凍対象物の高さに応じて調節することで、解凍対象物の高さに関わらず、より適切な状態で解凍対象物を解凍しようとするものである。

特開２００６－１２５４７号公報

特許文献１に記載の装置においては、加熱対象物を一方の電極に接触させた後、加熱対象物から所定の距離離れた位置に他方の電極を配置する。

このような装置において、他方の電極と加熱対象物との距離を一定にすることはできる。しかし、加熱対象物を含めた対向電極のインピーダンスは、加熱対象物の大きさ、種類によって変化する。このため、特許文献１に記載の装置は、電極の位置に応じて供給する高周波電力を調節する必要がある。この場合、高周波電力の出力を下げると、加熱処理時間が長くなる可能性がある。

対向電極のインピーダンスの変化は、整合器を用いて調整することができる。この場合、対向電極のインピーダンスの変化に対応するためには、比較的広い可変範囲を有する可変リアクタンス素子を用いて整合器を構成する必要がある。この場合、定数の調整に時間がかかる可能性がある。

このように、特許文献１に記載の装置には、加熱対象物を効率良く加熱するという点で未だ改善の余地がある。さらに、このような装置には、電極と加熱対象物との接触を検出するためのセンサと、電極が加熱対象物に接触するときに加熱対象物にかかる荷重を制限する機構とが必要である。その結果、装置の構成が複雑化する。

本開示の一態様の高周波加熱装置は、第１電極と、第２電極と、高周波電源と、位置調整部と、検出部と、制御部とを備える。第２電極は、第１電極に対向して配置される。高周波電源は、第１電極に高周波電力を供給する。位置調整部は、第１電極と第２電極との間の距離を調整する。検出部は、第１電極から高周波電源に向かう反射電力を検出する。制御部は、反射電力に基づいて位置調整部を制御する。

本態様によれば、加熱対象物を効率良く加熱することができる。

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概略図である。 図２は、実施の形態１における高周波電源の構成を示す概略図である。 図３Ａは、実施の形態１における整合器の一つの構成を示す概略図である。 図３Ｂは、実施の形態１における整合器の他の構成を示す概略図である。 図４Ａは、実施の形態１における検出部の一つの構成を示す概略図である。 図４Ｂは、実施の形態１における検出部の他の構成を示す概略図である。 図５は、実施の形態１の実施例１における整合器と加熱室の内部とに関する等価回路を示す概略図である。 図６は、実施例１における第１電極と加熱対象物との間の距離と、反射比率との関係を示すグラフである。 図７は、実施例１における第１電極と第２電極との間の距離と、反射比率との関係を示すグラフである。 図８は、実施の形態１の実施例２における整合器と加熱室の内部とに関する等価回路を示す概略図である。 図９は、実施例２における第１電極と加熱対象物との間の距離と、反射比率との関係を示すグラフである。 図１０は、実施例２における第１電極と第２電極との間の距離と、反射比率との関係を示すグラフである。 図１１は、本開示の実施の形態２に係る高周波加熱装置の動作を示すタイミングチャートである。

本開示の第１の態様の高周波加熱装置は、第１電極と、第２電極と、高周波電源と、位置調整部と、検出部と、制御部とを備える。第２電極は、第１電極に対向して配置される。高周波電源は、第１電極に高周波電力を供給する。位置調整部は、第１電極と第２電極との間の距離を調整する。検出部は、第１電極から高周波電源に向かう反射電力を検出する。制御部は、反射電力に基づいて位置調整部を制御する。

本開示の第２の態様の高周波加熱装置では、第１の態様に加えて、位置調整部は、第１電極と第２電極との両方またはいずれか一方を移動させる。制御部は、位置調整部を制御して、第１電極と第２電極との間の距離を調整しながら、反射電力の値を検出部から取得する。制御部は、反射電力に応じた値が所定の第１閾値以下になると、位置調整部を停止させる。

本開示の第３の態様の高周波加熱装置は、第１の態様に加えて、第１電極と高周波電源との間に配置された整合器をさらに備える。第１電極と第２電極との間の距離の調整後、制御部は、負荷と高周波電源とのインピーダンス整合を行うように整合器を調整する。

本開示の第４の態様の高周波加熱装置では、第２の態様に加えて、制御部は、第１電極と第２電極との間の距離が所定の第２閾値に到達するまで、反射電力に応じた値が第１閾値より大きい場合、第１電極と第２電極との間に加熱対象物が配置されていないと判定する。

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、第１電極と高周波電源との間に配置され、負荷と高周波電源とのインピーダンス整合を行う整合器をさらに備える。整合器は、リアクタンスを可変する可変リアクタンス素子を含む。

制御部は、第１電極と第２電極との間の距離を段階的に変化させるように、位置調整部を制御する。制御部は、距離を変化させる毎に、反射電力に応じた値に基づいて、可変リアクタンス素子の定数を調整する。制御部は、第１電極と第２電極との間の距離を変化させる前後における可変リアクタンス素子の定数の変化に基づいて、第１電極と第２電極との間の距離を決定する。

本開示の第６の態様の高周波加熱装置では、第５の態様に加えて、可変リアクタンス素子は、可変インダクタと可変キャパシタとの両方またはいずれか一方を含む。

本開示の第７の態様の高周波加熱装置では、第５の態様に加えて、制御部は、反射電力に応じた値が最小になるように、可変リアクタンス素子の定数を調整する。

以下、本開示の実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
［全体構成］
図１は、本開示の実施の形態１に係る高周波加熱装置１Ａの構成を示す概略図である。図１に示すように、高周波加熱装置１Ａは、第１電極１１と、第２電極１２と、加熱室１３と、位置調整部２０と、高周波電源３０と、整合器４０と、検出部５０と、制御部６０とを備える。第１電極１１と、第２電極１２と、位置調整部２０とは、加熱室１３内に配置される。

＜第１電極＞
第１電極１１は、加熱室１３内の上部に配置された、矩形形状を有する平板状の電極である。

＜第２電極＞
第２電極１２は、矩形形状を有する平板状の電極である。第２電極１２は、加熱室１３の底面上に第１電極１１に対向して配置される。第２電極１２はグランドに接続される。加熱対象物９０は、第２電極１２上に載置されて、第１電極１１と第２電極１２との間に配置される。加熱対象物９０は、厚みの均一な誘電体、例えば、食材である。

＜位置調整部＞
位置調整部２０は、加熱室１３の天井に配置される。位置調整部２０は、制御部６０の指示に応じて、第１電極１１と第２電極１２との間の距離を調整する。本実施の形態では、位置調整部２０は、第１電極１１を移動させることで、第１電極１１の位置を調整する。

位置調整部２０は、例えば、加熱室１３の天井に配置されたモータ（図示せず）と、このモータと第１電極１１とを接続する接続部材（図示せず）とを有する。このモータが回転すると、接続部材は第１電極１１を上下に移動させる。接続部材は、例えば、棒状部材またはワイヤである。

＜高周波電源＞
高周波電源３０は、整合器４０および検出部５０を介して第１電極１１に接続され、第１電極１１に高周波電力を供給する。図２は、高周波電源３０の構成を示す概略図である。図２に示すように、高周波電源３０は、高周波発振器３１と増幅器３２と増幅器３３とを備える。

高周波発振器３１は、ＨＦ～ＶＨＦ帯域の周波数を有する高周波信号を発振させる。増幅器３２は、高周波発振器３１により発振された高周波信号を増幅する。増幅器３３は、増幅器３２により増幅された電圧信号をさらに増幅する。これにより、高周波電源３０は、所望の高周波信号を発生させることができる。

高周波電源３０は、第１電極１１に高周波電力を供給することによって、第１電極１１と第２電極１２との間に電界を発生させる。この電界により、第１電極１１と第２電極１２との間に配置された加熱対象物９０が誘電加熱される。

＜整合器＞
図１に示すように、整合器４０は、第１電極１１と高周波電源３０との間に配置され、高周波電源３０と加熱室１３内の負荷とのインピーダンス整合を行う。加熱室１３内の負荷には、第１電極１１、第２電極１２、加熱対象物９０などが含まれる。

図３Ａは、整合器４０の構成を示す概略図である。図３Ａに示すように、整合器４０は、可変インダクタＶＬ１と可変キャパシタＶＣ１とを備える。可変インダクタＶＬ１は、第１電極１１に接続される。可変キャパシタＶＣ１は、グランドに接続される。すなわち、第１電極１１と第２電極１２で構成されるキャパシタは、可変インダクタＶＬ１と直列に接続され、可変キャパシタＶＣ１と並列に接続される。

整合器４０は、可変インダクタＶＬ１のインダクタンスおよび可変キャパシタＶＣ１のキャパシタンスの両方またはいずれか一方を変化させるモータ（図示せず）を有する。制御部６０は、このモータを制御することで、負荷と高周波電源３０とのインピーダンス整合を行うように、整合器４０を調整する。

図３Ｂは、整合器４０の変形例である整合器４０ａの構成を示す概略図である。図３Ｂに示すように、整合器４０ａは、可変インダクタＶＬ２、ＶＬ３を備える。整合器４０ａでは、可変インダクタＶＬ２は、第１電極１１に接続される。可変インダクタＶＬ３は、グランドに接続される。すなわち、第１電極１１と第２電極１２で構成されるキャパシタは、可変インダクタＶＬ２と直列に接続され、可変インダクタＶＬ３と並列に接続される。

整合器４０ａは、可変インダクタＶＬ２および可変インダクタＶＬ３のインダクタンスの両方またはいずれか一方を変化させるモータ（図示せず）を有する。制御部６０は、このモータを制御することで、負荷と高周波電源３０とのインピーダンス整合を行うように、整合器４０を調整する。

＜検出部＞
負荷と高周波電源３０とのインピーダンス整合がとれていない場合、一部の電力が加熱室１３に供給されず、高周波電源３０に向かって反射される。検出部５０は、第１電極１１から高周波電源３０に向かう反射電力を検出する。検出部５０は、例えば、電気回路で構成される。

図４Ａは、検出部５０の構成を示す概略図である。図４Ａに示すように、本実施の形態では、検出部５０は、容量性結合（Ｃ）と誘導性結合（Ｍ）を組合せて構成されるＣＭ方向性結合器である。

検出部５０は、トランスＴ１、キャパシタＣ１、キャパシタＣ２、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２を備える。キャパシタＣ１、Ｃ２は、トランスＴ１の両側に配置される。抵抗Ｒ１、Ｒ２は、キャパシタＣ１、Ｃ２にそれぞれ直列に接続される。

図４Ａにおいて、進行波が左から右へ、反射波が右から左へ流れると定義すると、トランスＴ１は、進行波に応じた電流Ｉｍｆ、反射波に応じた電流Ｉｍｒを発生させる。キャパシタＣ１、Ｃ２は、電流Ｉｃ１と電流Ｉｃ２を発生させる。

抵抗Ｒ１の両端電圧Ｖｆ、抵抗Ｒ２の両端電圧Ｖｒは次式で表される。

Ｖｆ＝Ｒ１×（Ｉｃ１＋Ｉｍｆ－Ｉｍｒ）
Ｖｒ＝Ｒ２×（Ｉｃ２＋Ｉｍｒ－Ｉｍｆ）
Ｉｃ１がＩｍｒと等しくなり、Ｉｃ２がＩｍｆと等しくなるように各部品の定数を選定すると、図４Ａに示す回路は方向性結合器として機能する。検出部５０は、基板パターン上に配置された分布定数線路によって構成されてもよい。

図４Ｂは、検出部５０の変形例である検出部５０ａの構成を示す概略図である。図４Ｂに示すように、検出部５０ａは、トランスＴ２、キャパシタＣ３、キャパシタＣ４、キャパシタＣ５、キャパシタＣ６、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４、ダイオードＤ１、ダイオードＤ２を備える。

上記構成により、検出部５０、５０ａは、反射波（反射電力）および進行波（入射電力）の両方を検出することができる。

＜制御部＞
制御部６０は、例えば、マイクロコンピュータにより構成される。図１に示すように、制御部６０は位置調整部２０を制御し、加熱対象物９０が効率良く加熱されるように第１電極１１の位置（具体的には高さ）を調整する。

制御部６０は、位置調整部２０と検出部５０とに電気的に接続される。制御部６０は、反射電力の値を検出部５０から受信する。制御部６０は、第１電極１１の移動方向および移動量を位置調整部２０に送信する。

制御部６０は、位置調整部２０を制御することによって第１電極１１を移動させながら、反射電力の値を検出部５０から取得する。制御部６０は、反射波（反射電力）と進行波（入射電力）との比率である反射比率を算出する。制御部６０は、反射比率が閾値以下になる位置で第１電極１１を停止させるよう、位置調整部２０を制御する。

［動作の一例］
高周波加熱装置１Ａの動作の一例である実施例１について説明する。図５は、実施例１における整合器４０と加熱室１３の内部とに関する等価回路を示す。

反射比率とは、進行波に対する反射波の比率である。進行波とは、高周波電源３０によって第１電極１１に印加される入射電力であり、反射波とは、第１電極１１から高周波電源３０に戻ってくる反射電力である。実施例１において、入射電力は１Ｗである。

実施例１では、第１電極１１を加熱対象物９０に近づける際に進行波および反射波を検出し、反射比率を算出した。実施例１では、位置調整部２０が第１電極１１を移動させた後、整合器４０がインピーダンス整合を行う。すなわち、位置調整部２０の作動中は、インピーダンス整合を行わない。

実施例１では、加熱対象物９０として牛肉のミンチを用いた。実施例１では、１ｋｇの牛肉のミンチを配置した条件１、および、３００ｇの牛肉のミンチを配置した条件２の下で、反射比率を算出した。条件１では、加熱対象物９０の大きさは、１６５ｍｍ×１１０ｍｍ×２５ｍｍである。条件２では、加熱対象物９０の大きさは、２２０ｍｍ×１５５ｍｍ×４０ｍｍである。

図５に示すように、実施例１において、加熱室１３内部の等価回路は、インダクタンス１４、第１電極１１と加熱対象物９０との間のキャパシタンス１５、加熱対象物９０内の容量・抵抗１６、加熱対象物９０周辺のキャパシタンス１７、および、第１電極１１と加熱室１３内の壁面との間のキャパシタンス１８を含む。インダクタンス１４は、位置調整部２０を含む整合器４０から第１電極１１までの配線のインダクタンスである。

整合器４０は、可変インダクタＶＬ１と可変キャパシタＶＣ１とを含む。可変インダクタＶＬ１は第１電極１１に接続され、可変キャパシタＶＣ１はグランドに接続される。従って、第１電極１１と第２電極１２で構成されるキャパシタは、可変インダクタＶＬ１と直列に接続され、可変キャパシタＶＣ１と並列に接続される。

図６は、実施例１における、第１電極１１と加熱対象物９０との間の距離Ｂ１（図１参照）と、反射比率との関係を示す。図６に示すように、実施例１において、条件１、２の下で第１電極１１を加熱対象物９０に向かって移動させると、距離Ｂ１がそれぞれ２８ｍｍ、３０ｍｍのときに反射比率が最小となる。

反射比率が最小であるとは、反射波が最も少ないということである。このとき、第１電極１１は、効率的な加熱処理のための好適な位置に配置されている。従って、実施例１では、制御部６０は、第１電極１１を加熱対象物９０に向かって移動させ、反射比率が所定の閾値Ｐ１以下になると第１電極１１を停止させるように、位置調整部２０を制御する。

このようにして、制御部６０は、加熱対象物９０の寸法に応じた効率的な加熱処理のための好適な位置に、第１電極１１を配置する。閾値Ｐ１は、効率的な加熱処理のために許容できる反射比率の値である。第１電極１１と第２電極１２との間に加熱対象物９０が配置されている場合、反射比率が閾値Ｐ１以下であれば、加熱対象物９０を効率良く加熱することができる。

このように、制御部６０は、位置調整部２０を制御して、加熱対象物９０が効率良く加熱されるように第１電極１１の位置を調整する。

実施例１では、例えば、閾値Ｐ１は０．１に設定される。このため、条件１、２の下で、制御部６０は、位置調整部２０を制御して、それぞれ距離Ｂ１が２５～２９ｍｍ、２８～３２ｍｍの範囲内となるように第１電極１１を移動させる。

次に、実施例１における、第１電極１１と第２電極１２との間に加熱対象物９０が配置されているか否かの判断について説明する。

図７は、実施例１における、第１電極１１と第２電極１２との間の距離Ｂ２（図１参照）と、反射比率との関係を示す。図７に示す例では、条件１、２、および、追加の条件３の下で、距離Ｂ２を変化させたときの反射比率を算出する。条件３では、加熱対象物９０は配置されない。

図７に示すように、条件３の下では、距離Ｂ２が４５ｍｍのときに反射比率が最小となる。条件１、２の下では、距離Ｂ２がそれぞれ６８ｍｍ、５５ｍｍのときに反射比率が最小となる。

実施例１では、条件３の下で反射比率が閾値Ｐ１に到達するときの距離Ｂ２を所定の閾値Ｑ１とする。位置調整部２０は距離Ｂ２を徐々に狭めていく。距離Ｂ２が閾値Ｑ１に到達するまでに反射比率が閾値Ｐ１以下に低下しない場合、制御部６０は、第１電極１１と第２電極１２との間に加熱対象物９０が配置されていないと判定する。

加熱対象物９０の比誘電率は１より大きい。このため、加熱対象物９０を配置しない場合、加熱対象物９０内の容量・抵抗１６（図５参照）は最も小さい。その結果、反射比率が最小となるときの距離Ｂ２は、加熱対象物９０が配置されない場合に最も小さい。

これを利用して、本実施の形態では、高周波加熱装置１Ａは、第１電極１１と第２電極１２との間に加熱対象物９０が配置されていないことを判定する。

ここで、閾値Ｑ１の決定について説明する。制御部６０は、加熱対象物９０が配置されていない場合の反射比率の情報（図７に示す条件３の下での反射比率の情報）を取得する。具体的には、制御部６０は、加熱対象物９０が配置されていない状態で距離Ｂ２を変化させて、反射比率の情報を取得する。

このようにして、制御部６０は、加熱対象物９０が配置されていないときの反射比率が最小となる距離Ｂ２を認識する。制御部６０は、距離Ｂ２を狭くする際に、反射比率が最初に閾値Ｐ１に到達するときの距離Ｂ２を閾値Ｑ１に設定する。

次に、第１電極１１と第２電極１２との間に加熱対象物９０が配置されているか否かの判定について説明する。

位置調整部２０は距離Ｂ２を徐々に狭めていく。検出部５０は、距離Ｂ２が狭まっていく間、反射波（反射電力）および進行波（入射電力）を検出する。制御部６０は、反射波および進行波の情報を受信し、これらの情報に基づいて反射比率を算出する。

制御部６０は、距離Ｂ２が閾値Ｑ１に到達するまでに反射比率が閾値Ｐ１以下に低下しない場合、第１電極１１と第２電極１２との間に加熱対象物９０が配置されていないと判定する。

言い換えると、制御部６０は、距離Ｂ２が閾値Ｑ１に到達するまで、反射比率が閾値Ｐ１より大きい場合、第１電極１１と第２電極１２との間に加熱対象物９０が配置されていないと判定する。本実施の形態では、閾値Ｐ１、Ｑ１がそれぞれ第１閾値、第２閾値に相当する。

一方、制御部６０は、距離Ｂ２が閾値Ｑ１に到達する前に反射比率が閾値Ｐ１以下に低下した場合、第１電極１１と第２電極１２との間に加熱対象物９０が配置されていると判定する。

［動作の他の例］
高周波加熱装置１Ａにおける動作の他の例である実施例２について説明する。図８は、実施例２における整合器４０ａと加熱室１３の内部とに関する等価回路を示す。図８における加熱室１３内部の等価回路は、図５に示す実施例１のそれと同じであり、その説明は省略する。

図８に示すように、実施例２では、整合器４０の変形例である整合器４０ａは、可変インダクタＶＬ２、ＶＬ３を含む。可変インダクタＶＬ２は第１電極１１に接続され、可変インダクタＶＬ３はグランドに接続される。従って、第１電極１１と第２電極１２で構成されるキャパシタは、可変インダクタＶＬ２と直列に接続され、可変インダクタＶＬ３と並列に接続される。

実施例２では、第１電極１１を加熱対象物９０に近づける際に進行波および反射波を検出し、反射比率を算出した。実施例２では、位置調整部２０が第１電極１１を移動させた後、整合器４０ａがインピーダンス整合を行う。すなわち、位置調整部２０が作動中は、インピーダンス整合を行わない。

実施例２では、加熱対象物９０として牛肉のミンチを用いた。実施例２では、１ｋｇの牛肉のミンチを配置した条件４、および、３００ｇの牛肉のミンチを配置した条件５において、反射比率を算出した。条件４では、加熱対象物９０の大きさは、１６５ｍｍ×１１０ｍｍ×２５ｍｍである。条件５では、加熱対象物９０の大きさは、２２０ｍｍ×１５５ｍｍ×４０ｍｍである。

図９は、実施例２における、第１電極１１と加熱対象物９０との間の距離Ｂ１と、反射比率との関係を示す。図９に示すように、実施例２において、条件４、５の下で第１電極１１を加熱対象物９０に向かって移動させると、距離Ｂ１がそれぞれ２７ｍｍ、３０ｍｍのときに反射比率が最小となる。

実施例２では、制御部６０は、第１電極１１を加熱対象物９０に向かって移動させ、検出部５０で検出される反射比率が所定の閾値Ｐ２以下になるように、位置調整部２０を制御する。このようにして、制御部６０は、加熱対象物９０が効率良く加熱される位置に、第１電極１１を配置する。

実施例２では、例えば、閾値Ｐ２は０．１に設定される。このため、条件４、５の下で、制御部６０は、それぞれ、距離Ｂ１が２５～２９ｍｍ、２８～３２ｍｍの範囲内となるように、第１電極１１を移動させる。

図１０は、実施例２における、第１電極１１と第２電極１２との間の距離Ｂ２と、反射比率との関係を示す。図１０に示す例では、条件４、５、および、追加の条件６の下で、距離Ｂ２を変化させたときの反射比率を算出する。条件６では、加熱対象物９０は配置されない。

図１０に示すように、条件６の下では、距離Ｂ２が４５ｍｍのときに反射比率が最小となる。条件４、５の下では、距離Ｂ２がそれぞれ６８ｍｍ、５５ｍｍのときに反射比率が最小となる。

実施例２では、条件６の下で反射比率が閾値Ｐ２に到達するときの距離Ｂ２を所定の閾値Ｑ２とする。位置調整部２０は距離Ｂ２を徐々に狭めていく。距離Ｂ２が閾値Ｑ２に到達するまでに反射比率が閾値Ｐ２以下に低下しない場合、制御部６０は、第１電極１１と第２電極１２との間に加熱対象物９０が配置されていないと判定する。

一方、距離Ｂ２が閾値Ｑ２に到達する前に反射比率が閾値Ｐ２以下に低下した場合、制御部６０は、第１電極１１と第２電極１２との間に加熱対象物９０が配置されていると判定する。

［効果］
高周波加熱装置１Ａは、反射電力を検出する検出部５０と、第１電極１１を移動させる位置調整部２０と、制御部６０とを備える。制御部６０は、入射電力に対する反射電力の比率である反射比率に基づいて位置調整部２０を制御し、第１電極１１の位置を調整する。本実施の形態によれば、加熱対象物９０の寸法に応じて、第１電極１１の位置を容易に調整することができる。その結果、加熱対象物９０を効率良く加熱することができる。

制御部６０は、反射比率に基づいて、効率的な加熱に好適な位置に第１電極１１を配置する。このため、第１電極１１を加熱対象物９０に接触させることなく、第１電極１１の位置を調整することができる。

高周波加熱装置１Ａは、第１電極１１と加熱対象物９０との接触を検出するためのセンサを必要としない。高周波加熱装置１Ａは、第１電極１１が加熱対象物９０に接触するときに加熱対象物９０にかかる荷重を制限する機構も必要としない。本実施の形態によれば、位置調整部２０の簡略化を図り、ひいては、装置全体の簡素化を図ることができる。

本実施の形態では、第１電極１１の位置を調整した後に、整合器４０が、加熱室１３と高周波電源３０とのインピーダンス整合を行う。これにより、反射電力の少ない状態から、整合器４０における可変リアクタンス素子の定数を調整し始めることができる。このため、より狭い可変範囲を有する可変リアクタンス素子を用いることができる。その結果、インピーダンス整合をより短時間で行うことができる。

本実施の形態では、第１電極１１は、矩形形状を有する平板状の電極である。しかし、第１電極１１は、円形、楕円形または多角形などの形状を有してもよい。

実施の形態１では、第２電極１２が、第１電極１１の下方に配置される。しかし、本開示はこれに限定されない。第１電極１１と第２電極１２とが、互いに対向するように配置されていればよい。例えば、第２電極１２が、第１電極１１の上方に配置されてもよい。第１電極１１および第２電極１２が、左右方向に対向するように配置されてもよい。

本実施の形態では、第１電極１１、第２電極１２および位置調整部２０は、加熱室１３内に配置される。しかし、本開示はこれに限定されない。位置調整部２０が、加熱室１３の外に配置されてもよい。

本実施の形態では、位置調整部２０は、第１電極１１を上下に移動させる。しかし、本開示はこれに限定されない。位置調整部２０が、第２電極１２を上下に移動させてもよい。位置調整部２０が、第１電極１１と第２電極１２との両方を上下に移動させてもよい。

本実施の形態では、高周波電源３０は、図２に示すように、高周波発振器３１と、増幅器３２、３３とを備える。しかし、高周波電源３０は、高周波信号を出力することができるものであれば、本実施の形態に限定されない。

本実施の形態では、高周波加熱装置１Ａが整合器４０を備える。しかし、高周波加熱装置１Ａは、整合器４０を備えなくてもよい。

本実施の形態では、制御部６０は、反射比率に基づいて位置調整部２０を制御する。しかし、制御部６０は、反射電力の値に基づいて位置調整部２０を制御してもよい。この場合、例えば、制御部６０は、反射電力の値が所定の閾値よりも下回った場合に、第１電極１１を停止させるように位置調整部２０を制御する。

すなわち、制御部６０は、反射比率、反射電力の値などの反射電力に応じた値に基づいて位置調整部２０を制御すればよい。

本実施の形態では、閾値Ｐ１、Ｐ２は０．１に設定される。しかし、本開示はこれらに限定されない。閾値Ｐ１、Ｐ２は任意の値に設定することができる。

本実施の形態では、図３Ａに示す整合器４０と、図３Ｂに示す整合器４０ａとを例示して、整合器の構成を説明した。しかし、本開示はこれに限定されない。整合器が、可変リアクタンス素子を含み、高周波電源３０のインピーダンスと加熱室１３内の負荷のインピーダンスとのインピーダンス整合を行うことができればよい。

本実施の形態では、加熱対象物９０の誘電率は一定であると仮定している。加熱の進行に伴って加熱対象物９０の誘電率が変化する場合、反射比率に基づいて、第１電極１１の位置を再調整してもよい。

（実施の形態２）
本開示の実施の形態２に係る高周波加熱装置１Ｂについて説明する。高周波加熱装置１Ｂは、実施の形態１の高周波加熱装置１Ａと同様の構成を有する。本実施の形態は、制御部６０が、整合器４０と位置調整部２０とを交互に作動させるという点で実施の形態１と異なる。

図１１は、高周波加熱装置１Ｂの動作を示すタイミングチャートである。図１１に示すように、高周波加熱装置１Ｂは、整合器４０に含まれたモータと、位置調整部２０に含まれたモータとを交互に作動させることで、第１電極１１の移動とインピーダンス整合とを交互に行う。

本実施の形態では、制御部６０は、第１電極１１を加熱対象物９０から最も離れた位置から加熱対象物９０に段階的に近づけるように、位置調整部２０を制御する。制御部６０は、第１電極１１の各停止位置において、反射電力の値に基づいて整合器４０を調整し、インピーダンス整合を行う。

なお、本実施の形態では、制御部６０は、反射電力の値に基づいて整合器４０にインピーダンス整合を行わせる。図１１に示すように、本実施の形態では入力電力は一定である。従って、制御部６０は、反射比率に基づいてインピーダンス整合を行うことと実質的に同じである。

本実施の形態において、整合器４０は、リアクタンスを可変する可変リアクタンス素子を含む。可変リアクタンス素子は、可変インダクタ、可変キャパシタのうちの両方またはいずれか一方を含む。

制御部６０は、整合器４０の可変リアクタンス素子の定数の変化が所定の閾値以下に低下するとき、第１電極１１の位置を決定する。

高周波加熱装置１Ｂは、図３Ａに示す整合器４０を備える。しかし、高周波加熱装置１Ｂは、図３Ｂに示す整合器４０ａを備えてもよい。

制御部６０は、整合器４０にインピーダンス整合を行わせるため、反射電力の値に基づいて、整合器４０に含まれた可変リアクタンス素子の定数を変化させる。可変リアクタンス素子の定数とは、可変インダクタンス素子のインダクタンス、および、可変キャパシタンス素子のキャパシタンスである。図３Ａに示すように、可変インダクタンス素子とは可変インダクタＶＬ１であり、可変キャパシタンス素子とは可変キャパシタＶＣ１である。

本実施の形態では、可変リアクタンス素子の定数は、可変インダクタＶＬ１のインダクタンスを固定し、可変キャパシタＶＣ１のキャパシタンスを変化させることで調整される。

高周波電源３０の作動開始後、第１電極１１の初期位置において、制御部６０は、反射電力の値を最小にするように、整合器４０の可変キャパシタＶＣ１のキャパシタンスを調整する。制御部６０は、反射電力が最小となるときの可変キャパシタＶＣ１の定数をＴｇ（１）として記憶する。

具体的には、制御部６０は、反射電力の値を所定の閾値Ｐ３に近づけるように、可変キャパシタＶＣ１の定数を調整する。第１電極１１が加熱対象物９０から離れた位置にある状態では、反射電力が減少しない場合がある。図１１は、「インピーダンス整合」および「第１電極１１の移動」が３サイクル実施されると、反射電力は閾値Ｐ３に近づくことを示す。

制御部６０は、可変キャパシタＶＣ１の定数をＴｇ（１）に固定し、位置調整部２０を制御して第１電極１１を所定の距離だけ移動させる。第１電極１１が移動すると、加熱室１３内の負荷のインピーダンスが変化し、反射電力が増加する。

再び、制御部６０は、反射電力を最小にするように、可変キャパシタＶＣ１のキャパシタンスを調整する。制御部６０は、反射電力が最小となるときの可変キャパシタＶＣ１のキャパシタンスをＴｇ（２）として記憶する。

このように、制御部６０は、第１電極１１の移動とインピーダンス整合とをｎ回繰り返して、反射電力が最小となるときの可変キャパシタＶＣ１のキャパシタンスをＴｇ（１）～Ｔｇ（ｎ）として記録する。

距離Ｂ１が大きい場合、第１電極１１の移動の前後における可変キャパシタＶＣ１のキャパシタンスの変化が大きい。一方、距離Ｂ１が好適な値に近づくにつれ、可変キャパシタＶＣ１のキャパシタンスの変化は小さくなる。

本実施の形態では、制御部６０は、第１電極１１の移動の前後における可変キャパシタＶＣ１のキャパシタンスの変化に基づいて距離Ｂ２を決定する。具体的には、制御部６０は、可変キャパシタＶＣ１の調整完了直前の定数Ｔｇ（ｎ－１）と、可変キャパシタＶＣ１の調整完了後の定数Ｔｇ（ｎ）とを取得し、その変化（Ｔｇ（ｎ－１）－Ｔｇ（ｎ））を算出する。

制御部６０は、可変キャパシタＶＣ１のキャパシタンスの変化（Ｔｇ（ｎ－１）－Ｔｇ（ｎ））に対して閾値となる所定の基準値を有する。制御部６０は、可変キャパシタＶＣ１のキャパシタンスの変化（Ｔｇ（ｎ－１）－Ｔｇ（ｎ））がその基準値を下回るように、第１電極１１を配置する。これにより、加熱に好適な距離Ｂ２を決定することができる。

［効果］
本実施の形態では、制御部６０は、第１電極１１を加熱対象物９０に段階的に近付けるように、位置調整部２０を制御する。制御部６０は、第１電極１１の各停止位置において、反射電力の値に基づいて整合器４０を調整し、インピーダンス整合を行う。制御部６０は、可変リアクタンス素子の定数の変化が基準値以下になるように、第１電極１１を移動させる。これにより、加熱対象物９０の寸法に応じて、第１電極１１を好適な位置に容易に配置させることができる。その結果、加熱対象物９０を効率良く加熱することができる。

本実施の形態では、可変インダクタＶＬ１のインダクタンスを固定し、可変キャパシタＶＣ１のキャパシタンスを変化させて、第１電極１１の位置を決定する。しかし、本開示はこれに限定されない。可変キャパシタＶＣ１のキャパシタンスを固定し、可変インダクタＶＬ１のインダクタンスを変化させて、第１電極１１の位置を決定してもよい。可変インダクタＶＬ１および可変キャパシタＶＣ１の両方の定数を変化させて、第１電極１１の位置を決定してもよい。

本実施の形態では、整合器４０は、第１電極１１と第２電極１２で構成されるキャパシタと直列接続された可変インダクタＶＬ１と、第１電極１１と第２電極１２で構成されるキャパシタと並列接続された可変キャパシタＶＣ１とを有する。しかし、本開示はこれに限定されない。整合器４０は、可変リアクタンス素子を含み、高周波電源３０のインピーダンスと加熱室１３内の負荷のインピーダンスとのインピーダンス整合を行うことができればよい。

本実施の形態では、制御部６０は、第１電極１１の初期位置において、反射電力が最小となるときの整合器４０の可変リアクタンス素子の定数（可変キャパシタＶＣ１のキャパシタンス）をＴｇ（１）として記憶する。しかし、本開示はこれに限定されない。

例えば、第１電極１１の初期位置が加熱対象物９０から離れ過ぎている場合などの、可変リアクタンス素子の調整範囲では、反射電力を十分に低減できない可能性がある。この場合、まず、可変リアクタンス素子の定数の調整により、反射電力を低減できる位置まで第１電極１１を移動させる。その後、可変リアクタンス素子の定数を調整してＴｇ（１）を決定しても良い。

本実施の形態では、制御部６０は、反射電力を最小にするように、整合器４０の可変リアクタンス素子の定数を調整する。しかし、本開示はこれに限定されない。例えば、制御部６０は、反射電力の値がほぼ最小となるときの可変リアクタンス素子の定数をＴｇ（ｎ）に決定してもよい。この場合、閾値Ｐ３を調整することが必要となる。

本実施の形態では、制御部６０は、可変リアクタンス素子の定数の変化が基準値以下になるように、第１電極１１を移動させる。しかし、本開示これに限定されない。制御部６０は、可変リアクタンス素子の定数に基づいて、第１電極１１を移動させてもよい。

本実施の形態では、実施の形態１と同様に、位置調整部２０が第１電極１１を移動させる。しかし、本開示はこれに限定されない。例えば、位置調整部２０は、第１電極１１と第２電極１２との両方またはいずれか一方を移動させてもよい。

本開示に係る高周波加熱装置は、解凍機などの調理家電に適用可能である。

１Ａ、１Ｂ 高周波加熱装置
１１ 第１電極
１２ 第２電極
１３ 加熱室
１４ インダクタンス
１５、１７、１８ キャパシタンス
１６ 容量・抵抗
２０ 位置調整部
３０ 高周波電源
３１ 高周波発振器
３２、３３ 増幅器
４０、４０ａ 整合器
５０、５０ａ 検出部
６０ 制御部
９０ 加熱対象物

Claims (7)

1. 第１電極と、
   前記第１電極に対向して配置された第２電極と、
   前記第１電極に高周波電力を供給するように構成された高周波電源と、
   前記第１電極と前記第２電極との間の距離を調整するように構成された位置調整部と、
   前記第１電極から前記高周波電源に向かう反射電力を検出する検出部と、
   前記反射電力に基づいて前記位置調整部を制御するように構成された制御部と、
   を備え、
   前記位置調整部が、前記第１電極と前記第２電極との両方またはいずれか一方を移動させ、
   前記制御部が、前記位置調整部を制御して、前記第１電極と前記第２電極との間の前記距離を調整しながら、前記反射電力の値を前記検出部から取得し、
   前記制御部が、前記第１電極と前記第２電極との間の前記距離が所定の第２閾値に到達するまで、前記反射電力に応じた前記値が第１閾値より大きい場合、前記第１電極と前記第２電極との間に加熱対象物が配置されていないと判定する、高周波加熱装置。
2. 第１電極と、
   前記第１電極に対向して配置された第２電極と、
   前記第１電極に高周波電力を供給するように構成された高周波電源と、
   前記第１電極と前記第２電極との間の距離を調整するように構成された位置調整部と、
   前記第１電極から前記高周波電源に向かう反射電力を検出する検出部と、
   前記反射電力に基づいて前記位置調整部を制御するように構成された制御部と、
   を備え、
   前記位置調整部が、前記第１電極と前記第２電極との両方またはいずれか一方を移動させ、
   前記制御部が、前記位置調整部を制御して、前記第１電極と前記第２電極との間の前記距離を調整しながら、前記反射電力の値を前記検出部から取得し、
   前記制御部が、前記第１電極と前記第２電極との間の前記距離が所定の第２閾値に到達する前に、前記反射電力に応じた前記値が第１閾値以下となった場合、前記第１電極と前記第２電極との間に加熱対象物が配置されていると判定する、高周波加熱装置。
3. 前記反射電力に応じた値が所定の第１閾値以下になると、前記位置調整部を停止させる、
   ように構成された、請求項１または２に記載の高周波加熱装置。
4. 前記第１電極と前記高周波電源との間に配置された整合器をさらに備え、
   前記第１電極と前記第２電極との間の前記距離の調整後、前記制御部が、負荷と前記高周波電源とのインピーダンス整合を行うように前記整合器を調整するように構成された、請求項１または２に記載の高周波加熱装置。
5. 第１電極と、
   前記第１電極に対向して配置された第２電極と、
   前記第１電極に高周波電力を供給するように構成された高周波電源と、
   前記第１電極と前記第２電極との間の距離を調整するように構成された位置調整部と、
   前記第１電極から前記高周波電源に向かう反射電力を検出する検出部と、
   前記反射電力に基づいて前記位置調整部を制御するように構成された制御部と、
   を備え、
   前記第１電極と前記高周波電源との間に配置され、負荷と前記高周波電源とのインピーダンス整合を行う整合器をさらに備え、
   前記整合器は、リアクタンスを可変する可変リアクタンス素子を含み、
   前記制御部は、
   前記第１電極と前記第２電極との間の前記距離を段階的に変化させるように、前記位置調整部を制御し、
   前記第１電極と前記第２電極との間の前記距離を変化させる毎に、前記反射電力に応じた値に基づいて、前記可変リアクタンス素子の定数を調整し、
   前記第１電極と前記第２電極との間の前記距離を変化させる前後における前記可変リアクタンス素子の前記定数の前記変化に基づいて、前記第１電極と前記第２電極との間の前記距離を決定する、
   ように構成された、高周波加熱装置。
6. 前記可変リアクタンス素子が、可変インダクタと可変キャパシタとの両方またはいずれか一方を含む、請求項５に記載の高周波加熱装置。
7. 前記制御部が、前記反射電力に応じた前記値が最小になるように、前記可変リアクタンス素子の定数を調整するように構成された、請求項５に記載の高周波加熱装置。

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