WO2023026947A1 - Ｒｆエネルギー放射装置 - Google Patents

Abstract

ＲＦエネルギー放射装置において、制御部は、放射素子から戻り検出器により検出される反射波電力に応じて発振器と電力増幅器とを制御して、動作モードを第１制御モードまたは第２制御モードに設定する。第１制御モードでは、発振器は、第１パルス幅および第１パルス周期を有するパルス状のＲＦ信号を発振する。第１制御モードでは、保護回路は進行波電力を遮断しない。第２制御モードでは、発振器は、第１パルス幅と異なる第２パルス幅、および第１パルス周期と異なる第２パルス周期を有するパルス状のＲＦ信号を発振する。または、発振器はＲＦ信号を連続的に発振させる。第２制御モードでは、保護回路は、反射波電力が所定閾値を超えると進行波電力を遮断する。

Description

ＲＦエネルギー放射装置

　本開示は、ＲＦエネルギー放射装置の信頼性向上に関する。

　従来のＲＦ（無線周波数）エネルギー放射装置は、反射波電力を検出して、反射波電力のレベルに応じて出力電力を抑制する。従来のＲＦエネルギー放射装置は、反射波電力が許容値を超えないように、出力信号をバースト波として供給する。出力電力をバースト波として供給するとは、出力電力を継続するオン時間と出力電力を停止するオフ時間とを交互に設けながらＲＦエネルギーを放射することを意味する（例えば、特許文献１参照）。

　特許文献２は、反射波電力の検出値とＲＦ電力素子の温度検出値とに基づくハードウェア制御およびソフトウェア制御により、精度よく装置を保護するためのＲＦエネルギー放射装置を記載する。

　特許文献２に記載のＲＦエネルギー放射装置は、被加熱物を収容するためのキャビティと、ＲＦ信号発生部と、ＲＦ増幅部と、放射素子と、温度センサと、制御部とを備える。ＲＦ電力素子とは、例えば、ＲＦ信号を増幅するＲＦ電力増幅器に含まれたトランジスタ、給電部を構成するＲＦ電力コネクタである。ＲＦエネルギー放射装置がサーキュレータを備える場合、ＲＦ電力素子はさらに、反射波を消費するための終端器などを含む。

　従来のＲＦエネルギー放射装置は、その装置と被加熱物との間の負荷インピーダンスの整合がある程度とれた状態において加熱動作を連続的に行う。このため、ＲＦ電力素子を反射波から保護するために、所定条件が満たされると、出力電力の低下または加熱動作の停止を行う。その結果、被加熱物によっては十分に加熱されないことがある。上記所定条件とは、所定の大きさの反射波電力を検出した場合、または、ＲＦ電力素子の周辺温度が所定値以上に上昇した場合などである。

　また、ＲＦ電力をバースト波として供給する際、反射波電力のレベルがＲＦ電力素子の許容範囲に収まるようにオン時間が設定される。プラズマ着火のような操作では、動作開始時に負荷インピーダンスがＲＦエネルギーの全反射を引き起こす状態となることもある。

　このため、外部に整合器を設ける、または、動作開始時に出力レベルを下げた後、徐々に出力レベルを規定値まで上昇させるということが行われてきた。整合器を配置する場合、整合器のためのスペースおよび整合器のコストは開発の障壁であった。

　出力レベルを徐々に規定値まで上昇させる制御の場合、誘電体表面にＲＦエネルギーを放射してプラズマを発生させるための十分なエネルギーが得られない。プラズマが発生するのに十分なＲＦエネルギー量を得るためにＲＦ出力の電力レベルを高くすると、装置の保護が困難である。

　ピーク電力を変えずにオン時間を変えながら出力電力をバースト波として供給することにより、加熱動作は行える。ＲＦ電力が不足する場合、出力電力をバースト波として供給する代わりに、出力電力を連続的に供給する。この場合でも装置の保護は困難である。

　ＲＦ電力素子とは、例えば、ＲＦ信号を増幅するためのＲＦ電力増幅器に含まれるトランジスタ、給電部を構成するＲＦ電力コネクタである。ＲＦエネルギー放射装置がサーキュレータを含む場合、反射波を吸収するための終端器もＲＦ電力素子の一つである。

　整合器とは、負荷インピーダンスを調整する分布定数および、集中定数を含む装置だけでなく、マイクロ波を放射するための放射部の角度、回転角度を変化させる手段を含む。

特開２０１８－１４２４５２号公報 特開２０１８－１６７４０８号公報

　本開示は、負荷である被加熱物に対して信頼度の高いＲＦエネルギー放射装置を提供することを目的とする。

　本開示の一態様に係るＲＦエネルギー放射装置は、発振器と、電力増幅器と、放射素子と、検出器と、制御部と、保護回路と、を備える。

　発振器は、可変のパルス幅および可変のパルス周期を有するＲＦ信号を発振する。電力増幅器は、ＲＦ信号を増幅して進行波電力を出力する。放射素子は、進行波電力を放射する。検出器は、放射素子から戻る反射波電力を検出する。制御部は、反射波電力に応じて発振器と前記電力増幅器とを制御して、動作モードを第１制御モードまたは第２制御モードに設定する。

　第１制御モードでは、制御部は、パルス幅とパルス周期とをそれぞれ第１パルス幅と第１パルス周期とに設定して進行波電力を断続的に出力するパルス幅制御を行う。制御部は、発振器に、第１パルス幅および第１パルス周期を有するパルス状のＲＦ信号を発振させる。第１制御モードでは、保護回路は電力増幅器を遮断しない。

　第２制御モードでは、制御部は、パルス幅とパルス周期とをそれぞれ第２パルス幅と第２パルス周期とに設定して進行波電力を断続的に出力するパルス幅制御を行う。第２パルス幅は第１パルス幅と異なり、第２パルス周期は第１パルス周期と異なる。制御部は、発振器に第２パルス幅および第２パルス周期を有するパルス状のＲＦ信号を発振させ、または、発振器にＲＦ信号を連続的に発振させる。

　第２制御モードでは、保護回路は、反射波電力が所定閾値を超えると電力増幅器を遮断する。

　本開示において、動作開始時の第１制御モードにおいてパルス幅制御を行うことにより発振器が破壊されないようにする。被加熱物の負荷インピーダンスが安定するまで、ＲＦエネルギー放射装置はその動作を継続する。パルス幅制御において、発振器が破壊されないためのパルス時間を発振器の温度に応じて可変する。本開示によれば、ＲＦエネルギー放射装置の信頼性を向上させることができる。

図１は、本開示の実施の形態１に係るＲＦ放射エネルギー装置の概略構成図である。 図２は、実施の形態１に係るＲＦ放射エネルギー装置における保護回路およびその周辺の構成要素を示すブロック図である。 図３は、実施の形態１に係るＲＦ放射エネルギー装置における動作シーケンスを示す図である。 図４は、実施の形態１に係るＲＦ放射エネルギー装置における動作シーケンスを示す図である。 図５は、実施の形態１に係るＲＦ放射エネルギー装置における動作シーケンスを示す図である。 図６は、実施の形態１に係るＲＦ放射エネルギー装置の動作を示すフローチャートである。 図７は、本開示の実施の形態２に係るＲＦ放射エネルギー装置における動作シーケンスを示す図である。 図８は、実施の形態２に係るＲＦ放射エネルギー装置における動作フローチャートである。 図９は、実施の形態２に係るＲＦ放射エネルギー装置における周波数掃引により得られる反射率の周波数特性を示す図である。

　本開示の第１態様に係るＲＦエネルギー放射装置は、発振器と、電力増幅器と、放射素子と、検出器と、制御部と、保護回路と、を備える。

　発振器は、可変のパルス幅および可変のパルス周期を有するＲＦ信号を発振する。電力増幅器は、ＲＦ信号を増幅して進行波電力を出力する。放射素子は、進行波電力を放射する。検出器は、放射素子から戻る反射波電力を検出する。制御部は、反射波電力に応じて発振器と前記電力増幅器とを制御して、動作モードを第１制御モードまたは第２制御モードに設定する。

　第１制御モードでは、制御部は、パルス幅とパルス周期とをそれぞれ第１パルス幅と第１パルス周期とに設定して進行波電力を断続的に出力するパルス幅制御を行う。制御部は、発振器に、第１パルス幅および第１パルス周期を有するパルス状のＲＦ信号を発振させる。第１制御モードでは、保護回路は電力増幅器を遮断しない。

　第２制御モードでは、制御部は、パルス幅とパルス周期とをそれぞれ第２パルス幅と第２パルス周期とに設定して進行波電力を断続的に出力するパルス幅制御を行う。第２パルス幅は第１パルス幅と異なり、第２パルス周期は第１パルス周期と異なる。制御部は、発振器に第２パルス幅および第２パルス周期を有するパルス状のＲＦ信号を発振させ、または、発振器にＲＦ信号を連続的に発振させる。

　第２制御モードでは、保護回路は、反射波電力が所定閾値を超えると電力増幅器を遮断する。

　本態様のＲＦエネルギー放射装置は、動作開始時に進行波電力がほぼ全反射される場合でも、その動作を継続することができる。これにより、ＲＦエネルギー放射装置の信頼性を向上させることができる。

　本開示の第２態様に係るＲＦエネルギー放射装置では、第１態様に加えて、第１制御モードでは、制御部は、発振器に第１パルス速度を有するパルス状のＲＦ信号を発振させる。制御部は、電力増幅器に第１パルス速度を有するパルス状の進行波電力を出力させる。

　第２制御モードでは、制御部は、発振器に第１パルス速度より低速の第２パルス速度を有するパルス状のＲＦ信号を発振させる。または、制御部は、発振器にＲＦ信号を連続的に発振させる。制御部は、電力増幅器に第２パルス速度を有するパルス状の進行波電力、または連続波の進行波電力を出力させる。

　保護回路は変換部とゲート制御部とを含む。変換部は、第１パルス速度を有するパルス状の反射波電力を遮断し、第２パルス速度を有するパルス状の反射波電力、および連続波の反射波電力を遮断しない。ゲート制御部は、変換部からの出力信号に応じて進行波電力を遮断する。

　本態様によれば、第１制御モードでは、反射波電力が所定閾値を超えても進行波電力は遮断されない。すなわち、第１制御モードでは、反射波電力に関わらず保護回路は機能しない。第２制御モードでは、反射波電力に応じて保護回路が機能する。

　本開示の第３態様に係るＲＦエネルギー放射装置では、第１態様に加えて、制御部は、第１制御モードにおいて、負荷状態が安定してから所定期間の経過後に、動作モードを第１制御モードから前記第２制御モードに移行させる。制御部は、動作モードを第１制御モードから第２制御モードに移行させた後、負荷状態に応じて動作モードを第２制御モードから第１制御モードに移行させる。

　本態様によれば、負荷状態が安定した後に負荷状態が不安定になると、再び動作モードを第１制御モードに設定することができる。

　本開示の第４態様に係るＲＦエネルギー放射装置では、第１態様に加えて、制御部は、反射波電力に基づいて負荷状態の安定性を判定し、発振器にＲＦ信号のパルス幅およびパルス周期を可変させる。制御部は、負荷状態の安定性を判定するための閾値電圧をパルス幅およびパルス周期に応じて変更する。

　変換部は、反射波電力に基づいて負荷状態の安定性を判定する。パルス幅制御された進行波電力のパルス幅およびパルス周期、ならびに、ＲＦ電力素子の周辺温度により、ＲＦ電力素子の反射波電力に対する許容範囲は異なる。本態様によれば、閾値電圧をこれらの条件に応じて変更することができる。

　パルス状の反射波電力のパルス時間がプロセッサのＡ／Ｄコンバータの応答時間より短い場合、変換部は、パルス状の反射波電力を電圧に変換する。これにより、負荷状態の安定性を判定することができる。

　本開示の第５態様に係るＲＦエネルギー放射装置は、第１態様に加えて、負荷状態の不安定時間および安定時間を予めルックアップテーブルとして格納するメモリをさらに備える。制御部は、ルックアップテーブルと動作時間の経過とに基づいて、発振器が発振するパルス状のＲＦ信号のパルス幅またはパルス周期を可変する。

　具体的には、メモリは、第１制御モードと第２制御モードとにおける、負荷状態の安定時および不安定時の処理を、予め実験で求めた各種データを設定条件とするルックアップテーブルとして備える。これにより、負荷状態の安定性を判定することなくＲＦエネルギーの放射を終了させることができる。

　反射波電力のパルス時間がプロセッサのＡ／Ｄコンバータの応答時間より短い場合、負荷状態の安定性の判定は困難であるので、本態様はその場合の制御方法として有効である。以下は、ルックアップテーブルとしてメモリに格納する各種データの例である。

　第１制御モードのために、ＲＦ電力素子の周辺温度により以下の設定条件をルックアップテーブルに格納する：１．出力電力、２．周波数、３．周波数掃引の間隔、４．動作時間、５．パルス時間、６．パルス周期、７．パルスのデューティ比。

　第２制御モードのために、ＲＦ電力素子の周辺温度により以下の設定条件をルックアップテーブルに格納する：１．出力電力、２．周波数、３．動作時間、４．パルス時間、５．パルス周期、６．パルスのデューティ比、７．負荷の安定性判定のための閾値。なお、第２制御モードにおけるパルス時間は、第１制御モードのそれより長い。さらに、第２制御モードは、パルス状の進行波電力を供給するパルス幅制御に加えて、連続波の進行波電力を供給することも含む。

　本開示の第６態様に係るＲＦエネルギー放射装置は、第１態様に加えて、負荷状態の安定化が可能なＲＦ信号の周波数を動作時間の経過に関連付けて予めルックアップテーブルとして格納するメモリをさらに備える。

　発振器は、発振するＲＦ信号の周波数を可変可能である。制御部は、ルックアップテーブルと動作時間の経過とに基づいて発振器に周波数を可変させる。本態様によれば、負荷状態の安定化を促進することができる。

　本開示の第７態様に係るＲＦエネルギー放射装置では、第１態様に加えて、発振器は、発振するＲＦ信号の周波数を可変可能である。制御部は、検出器からの出力信号に基づいて負荷状態の安定性を判定する。制御部は、動作時間の経過とともに発振器にＲＦ信号の周波数を可変させる。本態様によれば、周波数掃引を行うことにより、負荷状態の安定化を促進することができる。

　本開示の第８態様に係るＲＦエネルギー放射装置は、第１態様に加えて、反射波電力を終端するための終端器と、電力増幅器および終端器の温度を検出するための温度センサと、をさらに備える。発振器は、発振するＲＦ信号の周波数を可変可能である。

　制御部は、第１制御モードにおいて、電力増幅器および終端器の温度に基づいてパルス幅またはパルス周期を発振器に可変させる。これにより、電力増幅器および終端器が反射波電力で破壊されない安全領域を提供する。本態様によれば、ＲＦエネルギー放射装置の信頼性を向上させることができる。

　本開示の第９態様に係るＲＦエネルギー放射装置では、第１態様に加えて、制御部は、電力増幅器に、パルス幅制御においてオン時間の進行波電力を第１電力レベルに設定させ、オフ時間の進行波電力を第２電力レベルに設定させる。第２電力レベルは、ゼロではない、第１電力レベルよりも小さな電力レベルである。

　本態様によれば、パルス幅制御におけるオフ時間に、電力増幅器２ａへの供給電源の出力回路にある程度のアイドリング電流を流し続けることができる。これにより、電力増幅器への供給電源の出力電圧を安定化させることができる。

　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。

　（実施の形態１）
　図１は、本開示の実施の形態１に係るＲＦエネルギー放射装置１００の概略構成図である。

　図１に示すように、ＲＦエネルギー放射装置１００は、発振器１、電力増幅器２、検出器３、サーキュレータ４、終端器５、温度センサ６、放射素子７、プロセッサ９、保護回路２０、メモリ３０を有する。

　発振器１は二つの発振器（１ａ、１ｂ）を含む。電力増幅器２は二つの電力増幅器（２ａ、２ｂ）を含む。検出器３は二つの検出器（３ａ、３ｂ）を含む。サーキュレータ４は二つのサーキュレータ（４ａ、４ｂ）を含む。

　終端器５は二つの終端器（５ａ、５ｂ）を含む。温度センサ６は四つの温度センサ（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）を含む。放射素子７は二つの放射素子（７ａ、７ｂ）を含む。

　発振器１ａ、発振器１ｂの各々はＲＦ信号を発振し出力する。電力増幅器２ａ、２ｂはそれぞれ、発振器１ａ、１ｂにより増幅されたＲＦ信号を増幅し、進行波電力として出力する。検出器３ａ、検出器３ｂはいずれも、進行波電力および反射波電力を検出する。

　進行波電力とは、電力増幅器２ａ、２ｂからそれぞれサーキュレータ４ａ、４ｂを介して放射素子７ａ、７ｂに向かうＲＦエネルギーを意味する。反射波電力とは、進行波電力のうち、放射素子７ａ、７ｂからそれぞれサーキュレータ４ａ、４ｂに戻るＲＦエネルギーを意味する。

　サーキュレータ４ａ、４ｂは、進行波電力の経路および反射波電力の経路に配置される。サーキュレータ４ａ、４ｂはそれぞれ、被加熱物の負荷変動に応じて変動する反射波電力から電力増幅器２ａ、２ｂを保護する。終端器５ａ、終端器５ｂはそれぞれ、サーキュレータ４ａ、４ｂからの反射波電力に対して負荷となる特定のインピーダンスを有する。

　放射素子７ａは、電力増幅器２ａからサーキュレータ４ａを介して伝送されるＲＦエネルギーをキャビティ８内に放射する。放射素子７ｂは、電力増幅器２ｂからサーキュレータ４ｂを介して伝送されるＲＦエネルギーをキャビティ８内に放射する。ＲＦエネルギーにより、キャビティ８内に載置された被加熱物が加熱される。

　温度センサ６ａ、温度センサ６ｂはそれぞれ、電力増幅器２ａ、２ｂの近傍に配置されて、電力増幅器２ａ、２ｂの温度を検出する。温度センサ６ｃ、温度センサ６ｄはそれぞれ、終端器５ａ、５ｂの近傍に配置されて、終端器５ａ、５ｂの温度を検出する。

　メモリ３０は、プロセッサ９が用いるソフトウェアおよびデータを格納する、例えば半導体メモリである。メモリ３０に格納されたデータには、温度センサ６ａ～６ｄにより検出された温度に適したＲＦエネルギーを設定するために予め用意されたルックアップテーブルが含まれる。

　プロセッサ９は、ＲＦエネルギー放射装置１００を制御するための制御部として機能する汎用のマイクロプロセッサである。プロセッサ９は、温度センサ６ａ～６ｄの各々により検出された温度に応じて、発振器１ａ、１ｂと、電力増幅器２ａ、２ｂと、を制御する。

　具体的には、プロセッサ９は、発振器１ａ、１ｂに、所定の周波数帯域内の任意の周波数を有するＲＦ信号を発振させる。また、プロセッサ９は、発振器１ａ、１ｂに、可変のパルス幅および可変パルス周期を有するＲＦ信号を発振させることでパルス幅制御を行う。パルス幅制御、パルス幅およびパルス周期については後述する。

　本実施の形態において、プロセッサ９は、例えば１秒間に５０回、温度センサ６ａ～６ｄの各々により検出された温度を参照可能である。プロセッサ９は、例えば１秒間に５０回、それらの温度に応じて、発振器１ａ、１ｂ、および、電力増幅器２ａ、２ｂへの指示を出力可能である。すなわち、プロセッサ９におけるソフトウェア制御の周期（以下、制御周期という）は２０ｍｓである。

　保護回路２０は、検出器３ａ、３ｂに検出された進行波電力および反射波電力、温度センサ６ａ～６ｄの温度と、に基づいて装置内の回路を保護するように機能する。

　上記の通り、負荷変動により変動する反射波電力は、サーキュレータ４を経由して終端器５に到達し、終端器５で消費される。これにより、反射波電力の電力増幅器２への影響が緩和され、負荷変動による電力増幅器２における特性変化が軽減される。このようにして、サーキュレータ４は電力増幅器２を保護する。

　ただし、反射波電力の消費に伴って終端器５で発熱が生じ、この発熱によりＲＦエネルギー放射装置１００の動作は制限される。終端器５の寿命を考慮して、終端器５は、発熱による温度上昇値が使用環境において安全領域内となるように使用される。従って、反射波電力のレベルが大きい状態では常に、ＲＦエネルギー放射装置１００の連続使用が制限される。

　図１に示すように、ＲＦエネルギー放射装置１００は、同じ構成を有する２系統のＲＦエネルギー放射装置を含む。２系統の一方は放射素子７ａ側に設けられ、他方は放射素子７ｂ側に設ける。プロセッサ９と保護回路２０とメモリ３０とは、２系統のＲＦエネルギー放射装置に共通である。

　以下、放射素子７ａ側の系統のＲＦエネルギー放射装置１００ａのみについて説明し、放射素子７ｂ側の系統のＲＦエネルギー放射装置１００ｂについては説明を省略する。

　図２は、本実施の形態のＲＦエネルギー放射装置１００ａの保護回路２０の詳細と保護回路２０の周辺の構成要素を示すブロック図である。

　図２に示すように、ＲＦエネルギー放射装置１００ａは、発振器１ａと、電力増幅器２ａと、検出器３ａと、サーキュレータ４ａと、終端器５ａと、放射素子７ａと、反射波電力帰還２４と、進行波電力帰還２５と、第２Ｆ－Ｖ変換部２６と、第１方向性結合器２７と、第２方向性結合器２８と、とを備える。検出器３ａは、第１検出器３ａ１と、第２検出器３ａ２とを含む。

　第１方向性結合器２７は、電力増幅器２ａとサーキュレータ４ａとの間に配置される。第１方向性結合器２７は、電力増幅器２ａからサーキュレータ４ａへの進行波電力の一部分を第１検出器３ａ１に送信する。第１検出器３ａ１は、進行波電力の一部分を検出し、検出した信号を進行波電力帰還２５に送信する。進行波電力帰還２５は、第１検出器３ａ１からの信号を受信し、その信号に基づいて進行波電力のレベルを検出する。

　第２方向性結合器２８は、サーキュレータ４ａと終端器５ａとの間に配置される。第２方向性結合器２８は、サーキュレータ４ａから終端器５ａへの反射波信号の一部分を第２検出器３ａ２に送信する。第２検出器３ａ２は、反射波電力の一部分を検出し、検出した信号を第２Ｆ－Ｖ変換部２６に送信する。

　第２Ｆ－Ｖ変換部２６は、第２検出器３ａ２からの信号を受信し、その信号を平滑化した信号を出力するローパスフィルタである。すなわち、第２Ｆ－Ｖ変換部２６は、第２検出器３ａ２により検出された反射波電力の一部分を反射波電力のレベルに応じた電圧レベルに変換する。反射波電力帰還２４は、第２Ｆ－Ｖ変換部２６からの電圧レベルに基づいて反射波電力のレベルを検出する。

　ＲＦエネルギー放射装置１００ａはさらに、ＲＦエネルギー放射装置１００ｂとの共通の構成要素である、プロセッサ９と、保護回路２０と、メモリ３０とを備える。保護回路２０は、第１Ｆ－Ｖ変換部２１と、反射波電力遮断帰還２２と、ゲート制御部２３とを含む。

　第１Ｆ－Ｖ変換部２１も第２Ｆ－Ｖ変換部２６と同様に、第２検出器３ａ２からの信号を受信し、その信号を平滑化した信号を出力するローパスフィルタである。すなわち、第１Ｆ－Ｖ変換部２１は、第２検出器３ａ２により検出された反射波電力の一部分を反射波電力のレベルに応じた電圧レベルに変換する。

　第１Ｆ－Ｖ変換部２１の回路定数は、第１制御モードにおける第１パルス速度（後述）を有するパルス状の反射波電力が通過しないように設定される。第１Ｆ－Ｖ変換部２１の回路定数は、第２制御モードにおける第２パルス速度（後述）を有するパルス状の反射波電力、および、連続波の反射波電力が通過するように設定される。従って、第１制御モードでは、第１Ｆ－Ｖ変換部２１からの出力電力レベルは常にゼロである。一方、第２制御モードでは、第１Ｆ－Ｖ変換部２１は反射波電力に応じた電圧レベルを出力する（図３の波形（ｃ）参照）。

　すなわち、第１制御モードでは、反射波電力遮断帰還２２は電力増幅器２ａを遮断せず、進行波電力は遮断されない。第２制御モードでは、反射波電力遮断帰還２２は、第１Ｆ－Ｖ変換部２１からの電圧レベルに応じて電力増幅器２ａを遮断して進行波電力を遮断する。

　以上のように構成されたＲＦエネルギー放射装置１００の動作および作用について、図３～図５を用いて説明する。

　図３は、動作モードが第１制御モードから第２制御モードに移行する際の動作シーケンスの一例を示す。図３に示すように、時刻Ｔ３１において、プロセッサ９は、動作モードを第１制御モードに設定して、ＲＦエネルギー放射装置１００ａの動作を開始する。

　プロセッサ９は、発振器１ａに所望の周波数のＲＦ信号を発振させるとともに、発振器１ａへの供給電源を交互にオン・オフさせる。これにより、発振器１ａは、ＲＦ信号を連続的に発振するオン時間と、ＲＦ信号の発振を停止するオフ時間とを交互に設けながらＲＦ信号を発振する。プロセッサ９は、ＲＦエネルギーが所望の出力値となるように、そのＲＦ信号を電力増幅器２ａに増幅させる。

　その結果、第１制御モードでは、パルス状のマイクロ波が進行波電力としてキャビティ８に供給される。

　なお、パルス状のマイクロ波（進行波電力）を供給するとは、電力増幅器２ａがオン時間とオフ時間とを交互に設けながらマイクロ波（進行波電力）を出力することを意味する。オン時間とは、電力増幅器２ａが進行波電力を連続的に出力している時間である。オフ時間とは、電力増幅器２ａが進行波電力の出力を停止している時間である。

　本実施の形態において、ＲＦ信号の増幅度の調整と、オン時間およびオフ時間の調整とを行いながら、パルス状のマイクロ波（進行波電力）を供給することを、パルス幅制御という。パルス幅制御において、パルス幅（パルス時間）とはオン時間の長さであり、パルス周期とはオン時間とオフ時間との合計である。

　換言すると、パルス幅制御とは、パルス状のマイクロ波（進行波電力）を出力すること、すなわち、マイクロ波（進行波電力）を断続的に出力することである。

　一方、パルス幅制御を行わずに、マイクロ波（進行波電力）を連続的に供給することを、連続波のマイクロ波（進行波電力）を供給するという。

　プロセッサ９は、温度センサ６ｃ（図１参照）により測定された終端器５ａの温度と、温度に関する終端器５ａの使用安全領域とに基づいて、パルス幅およびパルス周期を計算する。温度に関する終端器５ａの使用安全領域は予めメモリ３０に格納されている。

　ＲＦエネルギー放射装置１００ａがサーキュレータ４ａを具備しない場合、電力増幅器２ａの安全使用領域が、パルス幅およびパルス周期の設定のための条件として考慮される。すなわち、第１制御モードにおいて、電力増幅器２ａおよび終端器５ａの温度に基づいて、電力増幅器２ａおよび終端器５ａが反射波電力で破壊されない安全領域を提供するように、パルス幅とパルス周期とを制御してもよい。

　図３の波形（ａ）に示すように、第１制御モードでは、ＲＦエネルギーは、所定のパルス幅および所定のパルス周期の両方または一方を有するパルス状のマイクロ波（進行波電力）として出力される。

　図３の波形（ｂ）は、第２検出器３ａ２の出力信号であり、第２検出器３ａ２により検出された反射波電力に応じた電圧を示す。図３の波形（ｃ）は、第１Ｆ－Ｖ変換部２１の出力信号であり、第１Ｆ－Ｖ変換部２１を通過した反射波電力に応じた電圧を示す。図３の波形（ｄ）は、反射波電力帰還２４の出力信号である。この信号は、反射波電力帰還２４より検出された反射波電力のレベルを示す電圧であり、プロセッサ９のＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）コンバータに入力される。

　通常、反射波電力帰還２４の前段に、第２Ｆ－Ｖ変換部２６が配置される。第２Ｆ－Ｖ変換部２６は、電源のリップルなどのノイズを除去するためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）として機能する。図３の波形（ｄ）は、ＬＰＦ通過後の微分波形である。

　パルス幅制御におけるパルス幅およびパルス周期は調整可能である。例えば、パルス周期は、終端器５ａの環境温度および負荷状態に応じて、１０μｓ～２ｍｓの範囲内の任意の値に設定可能である。負荷状態の安定性の判定のための閾値電圧は、パルス幅およびパルス周期の両方または一方により変更可能である。発振器１ａへの供給電源の負荷応答特性も考慮する必要があり、電源供給のための導線のコンデンサ容量に最適な周期を選択する場合もある。

　第１制御モードでの始動後、図３の波形（ｂ）に示すように、パルス状の進行波電力がほぼ全反射で反射されると、パルス状の反射波電力が発生する。

　第１Ｆ－Ｖ変換部２１は、その回路定数により、第１制御モードにおけるパルス状の反射波電力を伝達しない。第１Ｆ－Ｖ変換部２１は、第２制御モードにおいて第１制御モードより低速のパルス速度を有するパルス状の反射波電力、および連続波の反射波電力を伝達する。

　本実施の形態において、パルス速度とは、マイクロ波のパルス幅制御におけるパルス周期の逆数である。第１制御モードにおけるパルス速度を第１パルス速度といい、第２制御モードにおけるパルス速度を第２パルス速度という。第２パルス速度は第１パルス速度より低速である。

　第２制御モードにおいて、プロセッサ９は、第１制御モードの第１パルス速度より低速の第２パルス速度を有するパルス状のＲＦ信号、または連続的にＲＦ信号を発振器１ａに発振させる。その結果、第２制御モードにおいて、放射素子７ａは、第１制御モードの第１パルス速度より低速の第２パルス速度を有するパルス状の進行波電力、または連続波の進行波電力を放射する。

　また、第１制御モードにおけるパルス幅およびパルス周期を、それぞれ第１パルス幅および第１パルス周期という。第２制御モードにおけるパルス幅およびパルス周期を、それぞれ第２パルス幅および第２パルス周期という。第１パルス幅および第１パルス周期は、それぞれ第２パルス幅および第２パルス周期と異なる。

　第１Ｆ－Ｖ変換部２１は、受動素子（抵抗、コンデンサ、インダクタ）を用いたフィルタ回路である。第１Ｆ－Ｖ変換部２１は、受動素子、オペアンプ、およびデジタルポテンショメータにより適応的に時定数を変更するアクティブフィルタであってもよい。

　第１制御モードでは、第１Ｆ－Ｖ変換部２１は、反射波電力に対する保護閾値に相当する電圧を反射波電力遮断帰還２２に伝達しない。その結果、全反射となるような負荷状態でも、プロセッサ９は発振器１ａを遮断しない。すなわち、第１制御モードでは、第２検出器３ａ２により検出された反射波電力のレベルが所定の閾値を超えても、発振器１ａはＲＦエネルギーを遮断しない。

　これにより、負荷状態が安定しない場合でも、ＲＦエネルギー放射装置１００ａは停止することなく動作を継続することができる。

　第１制御モードにおいて、図３の波形（ｄ）に示す反射波電力帰還２４の出力信号が第１閾値以下となると、プロセッサ９は、負荷状態が安定したと判定する（時刻Ｔ３２）。第１閾値とは、ソフトウェアによる負荷状態の判定のための所定の閾値である。ソフトウェアによる負荷状態の判定とは、図３の波形（ｄ）に示す反射波電力帰還２４の出力信号に基づいたプロセッサ９による負荷状態の安定性の判定を意味する。

　負荷状態が安定すると、プロセッサ９は、動作モードを、パルス状のマイクロ波を放射する第１制御モードから、連続波の進行波電力を放射する第２制御モードに移行させる。第２制御モードでは、パルス状の進行波電力または連続波の進行波電力が出力される。第２制御モードにおけるパルス状のマイクロ波は、パルス幅およびパルス周期が第１制御モードとは異なり、第１制御モードより低速のパルス速度を有する。

　連続波のマイクロ波の場合、第２検出器３ａ２により検出された反射波電力は、第１Ｆ－Ｖ変換部２１を経て反射波電力遮断帰還２２に伝達される。

　第２制御モードにおいて、負荷状態が不安定になり反射波電力が増大することがある。このため、反射波電力遮断帰還２２は、反射波電力のレベルがハードウェアで設定された所定の閾値を超えたか否かを判定する。反射波電力がこの閾値を超えた場合（図３の波形（ｃ）参照）、ゲート制御部２３は電力増幅器２ａを遮断する（図３の波形（ａ）参照）。

　このように、保護回路２０が作動して、反射波電力からＲＦ電力素子を保護する。それ以後、保護回路２０の作動のための判定は行われない。

　第１制御モードにおいて、負荷状態の安定性を維持するため、負荷状態が安定した後の所定期間だけ第１制御モードを継続してから、動作モードを第１制御モードから第２制御モードに切り替えてもよい。

　第２制御モードにおいて、第１Ｆ－Ｖ変換部２１は、入力された反射波電力をそのまま出力する。反射波電力のレベルが所定の閾値を超えたことを反射波電力遮断帰還２２が検出すると、ゲート制御部２３は電力増幅器２ａを遮断する（時刻Ｔ３３）。これにより、ＲＦエネルギーの放射が停止されて、終端器５ａが過大な反射波電力から保護される。

　反射波電力遮断帰還２２のハードウェア構成の一例はコンパレータである。環境温度によって、終端器５ａの使用安全領域は変化する。このため、プロセッサ９は、コンパレータの閾値電圧をＤ／Ａ（デジタル／アナログ）コンバータを介して可変する。

　動作モードが第２制御モードに移行した後に反射波電力が増大する場合、プロセッサ９は、動作モードを第２制御モードから再び第１制御モードに戻してもよい。図４は、その場合の動作シーケンスを示す。図４の波形（ａ）～波形（ｄ）はそれぞれ、図３の波形（ａ）～波形（ｄ）に対応する信号である。図４の波形（ａ）～波形（ｄ）の縦軸および横軸はそれぞれ、図３の波形（ａ）～波形（ｄ）と同じである。

　図４において、時刻Ｔ４１から時刻Ｔ４３の直前までの図４の波形（ａ）～波形（ｄ）に示す信号の様子は、図３の波形（ａ）～波形（ｄ）のそれと同じである。従って、時刻Ｔ４３以降について説明する。

　図４の波形（ｄ）に示すように、時刻Ｔ４３において、反射波電力帰還２４は、第１Ｆ－Ｖ変換部２１の出力信号が第２閾値を超えたと判定する。第２閾値とは、ソフトウェアによる負荷状態の判定のための、第１閾値より高い所定の閾値である。この場合、動作モードは第２制御モードから第１制御モードに移行する。

　プロセッサ９は、終端器５ａをその使用安全領域で動作させることが可能なパルス幅制御により負荷が安定するまで、第１制御モードでの運転を継続する。上述の通り、負荷状態が安定するとは、図４の波形（ｄ）に示す反射波電力帰還２４の出力信号が第１閾値以下となることを意味する。

　時刻Ｔ４４において、図４の波形（ｄ）に示す反射波電力帰還２４の出力信号が第１閾値以下となると、プロセッサ９は、負荷状態が安定したと判定する。負荷状態が安定すると、プロセッサ９は、再び動作モードを第１制御モードから第２制御モードに移行させる。

　第１制御モードでは、パルス周期を短くすることにより、反射波電力に対してＲＦ電力素子の使用安全領域で動作を継続することができる。供給電源の負荷応答特性に依存して、パルス幅制御における進行波電力の立ち上がり時に急激に電流が増加する。これにより、電力増幅器２ａへの供給電源の出力電圧が過渡的に抑制されることがある。この場合、進行波電力が所望の値に到達しないうちに進行波電力がオフされる。

　図５は、この問題を解決するためのパルス幅制御の動作シールケースの一例を示す。図５の波形（ａ）～波形（ｄ）はそれぞれ、図３の波形（ａ）～波形（ｄ）に対応する信号である。図５の波形（ａ）～波形（ｄ）の縦軸および横軸はそれぞれ、図３の波形（ａ）～波形（ｄ）と同じである。

　図５に示すように、時刻Ｔ５１～時刻Ｔ５２において、パルス幅制御におけるオン時間の進行波電力のレベルは、図３の場合と同じ第１電力レベルに設定される。一方、オフ時間の進行波電力は、ゼロではない、第１電力レベルよりも小さな第２電力レベルに設定される。第２電力レベルとは、被加熱物に影響を与えない程度の電力レベルである。

　このようにして、パルス幅制御におけるオフ時間に、電力増幅器２ａへの供給電源の出力回路にある程度の電流を流し続けることができる。これにより、電力増幅器２ａへの供給電源の出力電圧を安定化させることができる。

　図５において、動作モードが第２制御モードに移行した以降は図３と同じである。反射波電力のレベルが所定の閾値を超えたことを反射波電力遮断帰還２２が検出すると、ゲート制御部２３は電力増幅器２ａを遮断する（時刻Ｔ５３）。

　図５に示す例では、オン／オフ比、すなわち進行波電力の第２電力レベルに対する第１電力レベルの比は、２０ｄＢ～３０ｄＢの範囲で調整可能である。従って、２５０Ｗの進行波電力の場合、オフ時間に０．２５Ｗ～２．５Ｗの進行波電力が出力される。このオン／オフ比は、進行波電力のレベルに応じて適切に設定される。

　図５に示す例では、検出器３ａは２０ｄＢの入力範囲を有する対数アンプを含み、入力電力に対して電圧に変換できる範囲は２０ｄＢ程度である。

　０．２５Ｗ～２．５Ｗの進行波電力が全反射されて反射波電力として第２検出器３ａ２に入力されても、第２検出器３ａ２の出力電圧は第１制御モードに影響を与えることはない。

　温度センサ６ｃ（図１参照）は、終端器５ａの温度を監視する。負荷状態が不安定である場合、終端器５ａの使用安全領域外の温度が検出されると、プロセッサ９はＲＦエネルギー放射装置１００ａの運転を停止する。

　図６は、本実施の形態に係るＲＦエネルギー放射装置１００ａの動作を示すフローチャートの一例である。

　ＲＦエネルギー放射装置１００ａの動作開始時に、ステップＳ６１において、プロセッサ９は、動作モードを第１制御モードに設定する。プロセッサ９は、発振器１ａに、所望の周波数を有するＲＦ信号を発振させる。同時に、プロセッサ９は、電力増幅器２ａに、所望の出力レベルのＲＦエネルギーが出力されるように、ＲＦ信号を増幅させる。

　第１制御モードでは、プロセッサ９はパルス幅制御によりＲＦエネルギーを出力する。パルス幅制御におけるデューティは５０％に設定される。デューティとは、ＲＦエネルギーを連続的に出力するオン時間とＲＦエネルギーの出力を停止するオフ時間との合計に対するオン時間の割合である。

　第１制御モードにおいて、プロセッサ９は、反射波電力帰還２４の出力信号からソフトウェアによる負荷状態の安定を認めると（ステップＳ６２の判定“安定”）、動作モードを第２制御モードに移行させる。第２制御モードにおいて、プロセッサ９は、連続波の進行波電力を放射するように発振器１ａおよび電力増幅器２ａを制御する。プロセッサ９は、動作時間のタイマカウントを開始して第２制御モードの動作を行う（ステップＳ６３）。

　第１制御モードにおいて、ソフトウェアによる負荷状態の安定が認められなければ（ステップＳ６２の判定“不安定”）、プロセッサ９は終端器５ａの温度を参酌する（ステップＳ６４）。終端器５ａの使用安全領域外の温度が検出されると（ステップＳ６４の判定“規定値以上”）、プロセッサ９はＲＦエネルギー放射装置１００ａの運転を停止する（ステップＳ６５）。

　上述の通り、ステップＳ６３において、第２制御モードの動作が行われると、反射波電力遮断帰還２２は、第１Ｆ－Ｖ変換部２１の出力電圧を監視する（ステップＳ６６）。第１Ｆ－Ｖ変換部２１の出力信号のレベルが所定の閾値を超えると（ステップＳ６６の判定“不安定”）、プロセッサ９は、その状態を突然負荷変動とみなして、終端器５ａの温度を監視する（ステップＳ６８）。終端器５ａの使用安全領域外の温度が検出されると（ステップＳ６８の判定“規定値以上”）、プロセッサ９はＲＦエネルギー放射装置１００ａの運転を停止する（ステップＳ６９）。

　また、第２制御モードにおける動作時間のタイマカウントがゼロになると（ステップＳ６６の判定“カウントゼロ”）、プロセッサ９はＲＦエネルギー放射装置１００ａの運転を停止する（ステップＳ６７）。

　ステップＳ６４において、終端器５の使用安全領域内の温度が検出されると（ステップＳ６４の判定“規定値未満”）、プロセッサ９は処理をステップＳ６１に戻す。ステップＳ６８においても同様に、終端器５の使用安全領域内の温度が検出されると（ステップＳ６８の判定“規定値未満”）、プロセッサ９は処理をステップＳ６１に戻す。

　メモリ３０は、負荷状態の不安定時間および安定時間を動作時間の経過に関連付けて予めルックアップテーブルとして格納してもよい。プロセッサ９は、ルックアップテーブルと動作時間の経過とに基づいて、発振器１ａに、パルス状のＲＦ信号のパルス幅またはパルス周期を可変させてもよい。

　負荷状態の不安定時間とは、負荷状態が不安定である期間の長さであり、予め実験により求められる。負荷状態の安定時間とは、負荷状態が安定である期間の長さであり、予め実験により求められる。すなわち、プロセッサ９は、反射波電力に基づくフィードバック制御ではなく、ルックアップテーブルに基づくフィードフォワード制御により、動作モードを切り替えることができる。

　ＲＦエネルギー放射装置１００ａは、ハードウェアとソフトウェアとにより第１制御モードと第２制御モードとを実行する。

　第１制御モードではパルス幅制御を行う。パルス幅制御において、パルス時間は、進行波電力が全反射される場合に反射波電力がＲＦ電力素子の許容範囲内になるように設定される。本実施の形態では、ＲＦ電力素子には、発振器１ａ、電力増幅器２ａ、終端器５ａが含まれる。また、パルス時間は、ＲＦエネルギー放射装置１００ａの動作時におけるＲＦ電力素子の温度上昇がＲＦ電力素子の使用安全領域内になるように設定される。

　ＲＦエネルギー放射装置１００ａは、第１制御モードにおいて反射波電力からＲＦ電力素子を保護するための保護回路２０を停止させるための構成要素を備える。この構成要素には、第１Ｆ－Ｖ変換部２１、第２Ｆ－Ｖ変換部２６が含まれる。

　第２制御モードでは、第１制御モードより低速のパルス速度を有するパルス状の進行波電力、または連続波の進行波電力が放射される。これにより、反射波電力のレベルおよび温度センサの温度上昇からＲＦエネルギー放射装置１００ａを保護することができる。

　その結果、第１制御モードにおいて、全反射を引き起こす負荷特性を有する被加熱物に対して負荷インピーダンスが安定になるまで動作を継続することができる。

　負荷インピーダンスの安定後、動作モードは第２制御モードに移行する。第２制御モードにおいて、ＲＦエネルギーを必要な時間放射し続けることができる。ＲＦ電力素子の周辺温度に応じて、ＲＦ電力素子の使用安全領域を適応的に可変することも可能である。なお、負荷インピーダンスが安定するとは、負荷インピーダンスがＲＦエネルギー放射装置１００ａの出力インピーダンスに近い領域にあることを意味する。

　（実施の形態２）
　以下、本開示の実施の形態２に係るＲＦエネルギー放射装置１００ａについて説明する。本実施の形態に係るＲＦエネルギー放射装置１００ａは、実施の形態１と同様の構成を有する。本実施の形態が実施の形態１と異なるのは、ＲＦエネルギー放射装置１００ａが動作を開始すると、プロセッサ９はまず周波数掃引を行うことである。

　図７は、本開示の実施の形態２に係るＲＦエネルギー放射装置１００ａの動作シーケンスを示す。図７の波形（ａ）に示すように、ＲＦエネルギー放射装置１００ａが動作を開始すると、第１制御モードにおいてプロセッサ９は周波数掃引を行う（時刻Ｔ７１）。

　周波数掃引において、プロセッサ９は、発振器１ａに、所定の周波数帯域（例えば、２．４ＧＨｚ～２．５ＧＨｚ）にわたって周波数を所定の周波数間隔で順に変化させながらＲＦ信号を発振させる。

　具体的には、図７の波形（ａ）に示すように、まず発振器１ａは、周波数Ｆ１のマイクロ波を所定のオン時間だけ発振し、その時間が経過すると動作を停止する。所定のオフ時間の後、発振器１ａは、周波数Ｆ２のマイクロ波を所定のオン時間だけ発振し、その時間が経過すると動作を停止する。このようにして、発振器１ａは、周波数Ｆ１～周波数Ｆ８を有するＲＦ信号を所定のパルス幅およびパルス周期で順に発振する（時刻Ｔ７１～時刻Ｔ７２）。

　なお、ｎを１以上かつ７以下の自然数とすると、周波数Ｆｎ＋１は周波数Ｆｎより大きく、周波数Ｆｎ＋１と周波数Ｆｎとの周波数間隔は一定である。

　発振器１ａは、ＶＣＯ（voltage-controlled oscillator）とＰＬＬ（phase locked loop）とで構成されてもよく、周波数シフト時間が速いＤＤＳ（direct digital synthesizer）で構成されてもよい。どちらを選択するかは、使用するパルス幅制御のパルス周期に依存する。また、周波数掃引における周波数の変更の周期は、プロセッサ９の制御周期に依存する。

　第２検出器３ａ２は、制御周期内において、周波数Ｆ１～周波数Ｆ８のいずれかに対する反射波電力のレベルを検出する。その情報は、反射波電力帰還２４を経由してプロセッサ９のＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）コンバータに入力される。

　プロセッサ９は、周波数掃引中に測定された反射波電力のうちの最も小さい反射波電力をもたらす周波数またはその近傍の周波数を、使用すべき周波数として選択する（時刻Ｔ７２）。プロセッサ９は、使用すべき周波数として選択した周波数を有するマイクロ波を用いて第１制御モードにおけるパルス幅制御を行う。図７の波形（ａ）では、周波数Ｆ５が使用すべき周波数として選択される。

　負荷状態が安定して反射波電力がソフトウェアによる判定のための所定の閾値以下になると、プロセッサ９は動作モードを第１制御モードから第２制御モードに移行する（時刻Ｔ７３）。上述の通り、負荷状態が安定するとは、図７の波形（ｄ）に示す反射波電力帰還２４の出力信号が第１閾値以下となることを意味する。

　周波数を可変制御することにより負荷状態の安定化を促進することで、動作モードを第１制御モードから第２制御モードにより速く移行させることができる。これにより、負荷状態の安定化に対する信頼性が向上する。その結果、プラズマ着火などのＲＦエネルギーの放射時に、全反射の状態からより速く着火し易い周波数を探索して、その着火確率を向上させることができる。

　本実施の形態において、実施の形態１（図４参照）と同様に、第２制御モード移行後に負荷状態が不安定になると、プロセッサ９は動作モードを第１制御モードに移行させて再び周波数掃引を行う。これにより、負荷状態の安定化が可能な周波数を再度探索することが可能となる。

　図８は、本実施の形態のＲＦエネルギー放射装置１００ａにおける動作フローチャートである。

　ＲＦエネルギー放射装置１００ａの動作開始時に、ステップＳ８１において、プロセッサ９は、動作モードを第１制御モードに設定し、発振器１ａに周波数掃引を行うためのＲＦ信号を発振させる。同時に、プロセッサ９は、電力増幅器２ａに、ＲＦ信号を増幅させて所望の出力レベルのＲＦエネルギーを出力させる。

　本実施の形態では、第１制御モードにおいて、パルス幅制御におけるパルス幅はパルス周期の半分に設定される。すなわち、パルス幅制御におけるデューティは５０％に設定される。

　ステップＳ８２において、プロセッサ９は、周波数掃引により使用すべき周波数を選択する。プロセッサ９は、使用すべき周波数として選択した周波数を有するマイクロ波を用いてパルス幅制御を継続する。

　第１制御モードにおいて、プロセッサ９は、反射波電力帰還２４の出力信号からソフトウェアによる負荷状態の安定を認めると（ステップＳ８３の判定“安定”）、動作モードを第２制御モードに移行させる。第２制御モードにおいて、プロセッサ９は、連続波の進行波電力を放射するように発振器１ａおよび電力増幅器２ａを制御する。プロセッサ９は、動作時間のタイマカウントを開始して第２制御モードの動作を行う（ステップＳ８４）。

　第１制御モードにおいて、ソフトウェアによる負荷状態の安定が認められなければ（ステップＳ８３の判定“不安定”）、プロセッサ９は終端器５ａの温度を参酌する（ステップＳ８５）。終端器５ａの使用安全領域外の温度が検出されると（ステップＳ８５の判定“規定値以上”）、プロセッサ９はＲＦエネルギー放射装置１００ａの運転を停止する（ステップＳ８６）。

　上述の通り、ステップＳ８４において第２制御モードの動作が行われると、反射波電力遮断帰還２２は、第１Ｆ－Ｖ変換部２１の出力電圧を監視する（ステップＳ８７）。第１Ｆ－Ｖ変換部２１の出力信号のレベルが所定の閾値を超えなければ（ステップＳ８７の判定“安定”）、プロセッサ９は処理をステップＳ８４に戻す。

　第１Ｆ－Ｖ変換部２１の出力信号のレベルが所定の閾値を超えると（ステップＳ８７の判定“不安定”）、プロセッサ９は、その状態を突然負荷変動とみなして、終端器５ａの温度を監視する（ステップＳ８９）。終端器５ａの使用安全領域外の温度が検出される（ステップＳ８９の判定“規定値以上”）と、プロセッサ９はＲＦエネルギー放射装置１００ａの運転を停止する（ステップＳ９０）。

　また、第２制御モードにおける動作時間のタイマカウントがゼロになると（ステップＳ８７の判定“カウントゼロ”）、プロセッサ９はＲＦエネルギー放射装置１００ａの運転を停止する（ステップＳ８８）。

　ステップＳ８５において、終端器５の使用安全領域内の温度が検出されると（ステップＳ８５の判定“規定値未満”）、プロセッサ９は処理をステップＳ８１に戻す。ステップＳ８９においても同様に、終端器５の使用安全領域内の温度が検出されると（ステップＳ８９の判定“規定値未満”）、プロセッサ９は処理をステップＳ８１に戻す。

　なお、プロセッサ９は、周波数掃引を再度行って使用すべき周波数を選択し、再度同様の動作を行ってもよい。

　本実施の形態において、図７に示すように、プロセッサ９は、周波数掃引を行って使用する周波数として周波数Ｆ５を選択する。しかし、本開示はこれに限定されない。プロセッサ９は、周波数掃引中に得られる反射率に基づいて、使用する周波数を選択してもよい。

　図９は、周波数掃引により得られる反射率の周波数特性を示す。図９において、横軸は進行波電力の周波数を表し、縦軸は反射率を表す。反射率とは、進行波電力（Ｐｆ）に対する反射波電力（Ｐｒ）の割合であり、負荷の安定度の指標となる。図９に示すように、プロセッサ９は、例えば、使用すべき周波数として、最も小さい反射率をもたらす２．４２ＧＨｚ近傍の周波数を選択する。

　メモリ３０は、第１制御モードにおけるパルス幅制御の動作条件（パルス幅、周波数、動作時間など）を、被加熱物の種類に応じたメニューとして予め格納してもよい。

　メモリ３０は、負荷状態の安定化が可能な周波数を動作時間の経過と関連付けて、予めルックアップテーブルとして格納してもよい。プロセッサ９は、動作時間の経過とルックアップテーブルとに基づいて、発振器１ａに周波数を可変させてもよい。

　プロセッサ９は、検出器３ａからの信号を入手し、負荷状態の安定化が可能な周波数を判定し、動作時間の経過に応じて発振器１ａに周波数を可変させてもよい。

　以上のように、本開示に係るＲＦエネルギー放射装置は、例えば業務用の加熱装置などＲＦエネルギーの出力制御において高い精度が要求される加熱装置に適用することができる。

　１、１ａ、１ｂ　発振器
　２、２ａ、２ｂ　電力増幅器
　３、３ａ、３ｂ　検出器
　３ａ１　第１検出器
　３ａ２　第２検出器
　４、４ａ、４ｂ　サーキュレータ
　５、５ａ、５ｂ　終端器
　６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ　温度センサ
　７、７ａ、７ｂ　放射素子
　８　キャビティ
　９　プロセッサ（制御部）
　２０　保護回路
　２１　第１Ｆ－Ｖ変換部
　２２　反射波電力遮断帰還
　２３　ゲート制御部
　２４　反射波電力帰還
　２５　進行波電力帰還
　２６　第２Ｆ－Ｖ変換部
　２７　第１方向性結合器
　２８　第２方向性結合器
　３０　メモリ
　１００、１００ａ、１００ｂ　ＲＦエネルギー放射装置

Claims (9)

1. 　可変のパルス幅および可変のパルス周期を有するＲＦ信号を発振するように構成された発振器と、
   　前記ＲＦ信号を増幅して進行波電力を出力するように構成された電力増幅器と、
   　前記進行波電力を放射するように構成された放射素子と、
   　前記放射素子から戻る反射波電力を検出するように構成された検出器と、
   　前記反射波電力に応じて前記発振器と前記電力増幅器とを制御するように構成された制御部と、
   　保護回路と、を備え、
   　前記制御部は、動作モードを第１制御モードまたは第２制御モードに設定するように構成され、
   　前記第１制御モードでは、前記制御部は、前記パルス幅と前記パルス周期とをそれぞれ第１パルス幅と第１パルス周期とに設定して前記進行波電力を断続的に出力するパルス幅制御を行うように構成され、前記制御部は、前記発振器に前記第１パルス幅および前記第１パルス周期を有するパルス状のＲＦ信号を発振させるように構成され、
   　前記第１制御モードでは、前記保護回路は前記進行波電力を遮断しないように構成され、
   　前記第２制御モードでは、前記制御部は、前記パルス幅と前記パルス周期とをそれぞれ第２パルス幅と第２パルス周期とに設定して前記進行波電力を断続的に出力する前記パルス幅制御を行うように構成され、前記第２パルス幅は前記第１パルス幅と異なり、前記第２パルス周期は前記第１パルス周期と異なり、
   　前記制御部は、前記発振器に前記第２パルス幅および前記第２パルス周期を有するパルス状のＲＦ信号を発振させ、または、前記発振器に前記ＲＦ信号を連続的に発振させるように構成され、
   　前記第２制御モードでは、前記保護回路は、前記反射波電力が所定閾値を超えると前記進行波電力を遮断するように構成された、
   ＲＦエネルギー放射装置。
2. 　前記第１制御モードでは、前記制御部は、前記発振器に第１パルス速度を有する前記パルス状のＲＦ信号を発振させるように構成され、前記制御部は、前記電力増幅器に前記第１パルス速度を有するパルス状の進行波電力を出力させるように構成され、
   　前記第２制御モードでは、前記制御部は、前記発振器に前記第１パルス速度より低速の第２パルス速度を有する前記パルス状のＲＦ信号を発振させ、または、前記発振器に前記ＲＦ信号を連続的に発振させるように構成され、前記制御部は、前記電力増幅器に前記第２パルス速度を有するパルス状の進行波電力、または連続波の進行波電力を出力させるように構成され、
   　前記保護回路は変換部とゲート制御部とを含み、
   　前記変換部は、前記第１パルス速度を有するパルス状の反射波電力を遮断し、前記第２パルス速度を有するパルス状の反射波電力、および連続波の反射波電力を遮断しないように構成され、
   　前記ゲート制御部は、前記変換部からの出力信号に応じて前記進行波電力を遮断するように構成された、
   請求項１に記載のＲＦエネルギー放射装置。
3. 　前記制御部は、前記第１制御モードにおいて負荷状態が安定してから所定期間の経過後に、前記動作モードを前記第２制御モードに移行させ、
   　前記制御部は、前記動作モードを前記第１制御モードから前記第２制御モードに移行させた後、前記負荷状態に応じて前記動作モードを前記第２制御モードから前記第１制御モードに移行させるように構成された、
   請求項１に記載のＲＦエネルギー放射装置。
4. 　前記制御部は、前記反射波電力に基づいて負荷状態の安定性を判定し、前記発振器に前記ＲＦ信号の前記パルス幅および前記パルス周期を可変させるように構成され
   　前記制御部は、前記負荷状態の安定性を判定するための閾値電圧を前記パルス幅および前記パルス周期に応じて変更するように構成された、
   請求項１に記載のＲＦエネルギー放射装置。
5. 　負荷状態の不安定時間および安定時間を動作時間の経過に関連付けて予めルックアップテーブルとして格納するメモリをさらに備え、
   　前記制御部は、前記ルックアップテーブルと前記動作時間の経過とに基づいて、前記発振器が発振する前記パルス状のＲＦ信号の前記パルス幅または前記パルス周期を可変するように構成された、
   請求項１に記載のＲＦエネルギー放射装置。
6. 　負荷状態の安定化が可能な前記ＲＦ信号の周波数を動作時間の経過に関連付けて予めルックアップテーブルとして格納するメモリをさらに備え、
   　前記発振器は、発振する前記ＲＦ信号の前記周波数を可変可能であり、
   　前記制御部は、前記ルックアップテーブルと前記動作時間の経過とに基づいて前記発振器に前記周波数を可変させるように構成された、
   請求項１に記載のＲＦエネルギー放射装置。
7. 　前記発振器は、発振する前記ＲＦ信号の周波数を可変可能であり、
   　前記制御部は、前記検出器からの出力信号に基づいて負荷状態の安定性を判定し、
   　前記制御部は、動作時間の経過とともに前記発振器に前記ＲＦ信号の前記周波数を可変させるように構成された、
   請求項１に記載のＲＦエネルギー放射装置。
8. 　前記反射波電力を終端するように構成された終端器と、
   　前記電力増幅器および前記終端器の温度を検出するように構成された温度センサと、をさらに備え、
   　前記発振器は、発振する前記ＲＦ信号の周波数を可変可能であり、
   　前記制御部は、前記第１制御モードにおいて、前記電力増幅器および前記終端器の前記温度に基づいて、前記電力増幅器および前記終端器が前記反射波電力で破壊されない安全領域を提供するように、前記パルス幅または前記パルス周期を前記発振器に可変させるように構成された、
   請求項１に記載のＲＦエネルギー放射装置。
9. 　前記制御部は、前記電力増幅器に、前記パルス幅制御において、オン時間の前記進行波電力を第１電力レベルに設定させ、オフ時間の前記進行波電力を、ゼロではない、前記第１電力レベルよりも小さな第２電力レベルに設定させるように構成された、
   請求項１に記載のＲＦエネルギー放射装置。

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